竹纤维提取及其增强聚丙烯复合材料VOC性能研究

摘要

本课题研究了碱浓度、JFC浓度、沸煮时间对竹纤维性能的影响，并采用响应曲面对提取工艺进行优化设计，并对最优的提取工艺进行验证。采用提取的竹纤维(BF)与聚丙烯(PP)制备了不同比例的非织造布及其复合材料，研究了竹纤维含量对非织造布及复合材料力学性能的影响，并对非织造布与复合材料之间的性能进行关联性分析。研究了改性工艺对复合材料VOC释放及力学性能的影响。
　　本课题通过响应面法对竹黄纤维的提取进行了优化，得到的最优提取工艺为碱浓度0.7％，JFC浓度0.3％，沸煮时间2.5h，得到的纤维的拉伸断裂强度为386.25MPa，摩擦系数为0.206，直径为191.79μm，与预测值接近，断裂强度405.08MPa，直径175.59μm，摩擦系数0.191。
　　研究了不同质量分数竹纤维对非织造布及其复合材料性能影响，结果表明:非织造布断裂强力均随着竹纤维质量分数的增加呈下降趋势，当竹纤维质量分数为0时，纵向断裂强力最大为313.85N，横向最大断裂强力为63.96N;竹纤维质量分数为70％时，竹纤维非织造布的透气率达到最大，为2696.33mm/s;非织造布的热导率在竹纤维质量分数为60％时到达最大值，为0.1073W/(m·k)。竹纤维质量分数70％时复合材料综合力学性能、热导率和热扩散系数均最大，拉伸强度为37.18MPa，拉伸模量为3.88GPa，弯曲强度为65.02MPa，弯曲模量为5.38GPa，剪切强度为9.21MPa，热导率为0.3539W/(m·k)，热扩散系数为0.3503mm2/s。
　　研究了天然纤维成分与VOC释放的关系，并采用多种改性工艺对降低BF/PP复合材料VOC释放进行研究，结果表明:纤维素、木质素、半纤维素和甲醛释放有关，纤维素、脂腊质和乙醛释放有关。添加10％尿素和0.7％抗氧化剂的效果比单独添加尿素的效果好，VOC释放总量较未改性减少了72.16％，甲醛减少了53.36％，乙醛减少了92.15％。对BF/PP复合材料进行尿素+抗氧化剂优化改性，在抗氧化剂浓度为0.9％时，改性效果最好，甲醛、乙醛、VOC释放总量的离子流浓度分别为9.87E-08g-1/A，2.12E-08g-1/A，1.21E-07g-1/A，较未改性复合材料分别降低了58.52％，90.70％和74.09％。同时，随着抗氧化剂浓度的增加，复合材料的弯曲强度、弯曲模量、剪切强度都呈下降趋势，在抗氧化剂浓度为0.3％时最大，分别为84.34MPa、7.50GPa、8.36MPa，在抗氧化剂浓度为0.9％时，力学性能最低为6.85MPa，6.04GPa，7.62MPa。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 竹纤维的发展趋势

1．2．1 服饰用纺织品

1．2．2 医疗应用

1．2．3 复合材料领域

1．3 竹纤维的提取现状

1．3．1 物理提取

1．3．2 化学提取

1．4 竹纤维增强聚丙烯复合材料的应用以及现状

1．5 天然纤维复合材料VOC释放研究现状

1．6 本课题研究目的及主要内容

1．6．1 本课题研究目的

1．6．2 本课题主要内容

第二章 竹纤维的提取及性能测试

2．1 实验原料及设备

2．1．1 实验原料及试剂

2．1．2 实验设备

2．2 竹纤维提取工艺

2．3 竹纤维性能测试

2．3．1 竹纤维直径测试

2．3．2 竹纤维强度测试

2．3．3 竹纤维摩擦系数测试

2．3．4 竹纤维提取率测试

2．4．1 竹纤维提取的响应曲面优化结果及分析

2．4．2 响应曲面优化结果验证

2．4．3 竹纤维形貌观察与分析

2．5 本章小结

第三章 BF／PP复合材料力学性能优化及关联性研究

3．1 实验原料及设备

3．1．1 实验原料及试剂

3．1．2 实验设备

3．2 BF／PP复合材料制备工艺

3．2．1 BF／PP非织造布制备

3．2．2 BF／PP复合材料制备

3．3 BF／PP非织造布及复合材料性能测试

3．3．1 BF／PP非织造布性能测试

3．3．2 BF／PP复合材料性能测试

3．4 测试结果及分析

3．4．1 BF／PP非织造布性能分析

3．4．2 BF／PP复合材料性能分析

3．4．3 BF／PP非织造布与复合材料性能关联性分析

3．5 本章小结

第四章 BF／PP复合材料改性及其对复合材料性能影响研究

4．1 实验原料与设备

4．1．2 实验设备

4．2 实验方法

4．2．1 纤维化学成分测试

4．2．2 纤维及复合材料热解行为及有机挥发物(VOC)测试

4．2．3 BF／PP复合材料改性工艺

4．2．4 BF／PP复合材料性能测试

4．3 测试结果及分析

4．3．1 纤维热解行为及有机挥发物(VOC)释放分析

4．3．2 纤维化学成分测试结果及分析

4．3．3 纤维成分与醛类释放关系分析

4．3．4 BF／PP复合材料有机挥发物(VOC)释放分析

4．3．5 尿素+抗氧化剂改性工艺优化分析

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

硕士期间发表论文和参加科研情况

致谢