天然植物纤维增强复合材料的研究应用_百度文库
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天然植物纤维增强复合材料的研究应用
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&&&&&& 聚合物基纤维增强复合材料是一类将玻纤、碳纤及其他增强纤维与聚合物混合制成的复合材料。这类复合材料力学性能优异，广泛用于汽车、建材、化工、航空航天等领域。近年来，利用天然可再生资源开发环境友好复合材料成为国内外学者关注和研究的热点。以天然植物纤维为增强纤维，为聚合物基增强复合材料的研究应用开辟了新的途径，以美国为例，聚合物基植物纤维增强复合材料的年增长率已达25%，年市场需求量超过两亿美元。
&&& 天然植物纤维以皮、茎、叶、种等多种形式存在于植物体内，是地球生物资源中储量最大的可再生资源。与传统增强纤维相比，天然植物纤维来源广、价格低(约为玻璃纤维的1/3)、密度小(约为玻璃纤维的1/2)、可再生、可降解。以天然植物纤维替代传统增强纤维，可以显著降低复合材料自重及成本，使之更适于汽车、建材等应用领域；也可以提高农作物或经济作物附加值，带动农村经济发展。
&&& 聚合物基天然植物纤维增强复合材料的性能主要取决于以下因素：①原料种类;②纤维添加形态及特性;③纤维与基体界面结合情况;④纤维在基体中的分散情况。此外，植物纤维添加量对复合材料性能也有一定影响。
1原料种类对复合材料性能的影响
1.1植物纤维种类对复合材料性能的影响
&&& 目前用于聚合物基复合材料的植物纤维包括麻纤维、木纤维、竹纤维、棕纤维、椰纤维等。近年来针对麻纤维的研究较多，如剑麻、洋麻、亚麻、黄麻、苎麻等。
&&& 植物纤维种类不同，对聚合物的改性效果也不同。Kristiina Oksman等将剑麻、黄麻、亚麻、蕉麻纤维分别与聚丙烯（PP）制成复合材料。结果表明：黄麻/PP复合材料刚性最好，剑麻/PP复合材料冲击强度最好。Zampaloni M.等研究发现洋麻/PP复合材料的弯曲强度约为椰纤维/PP复合材料及剑麻/PP复合材料的两倍。刁均艳等研究发现黄麻、苎麻、棕榈纤维这3种纤维中，苎麻结晶度最高;黄麻耐热性最好；黄麻和苎麻力学性能符合复合材料要求,棕榈纤维不适合用于有高承载要求的复合材料。
&&& 植物纤维也可与传统增强纤维混合使用。Kasama Jarukumjorn等研究发现剑麻纤维中混合玻纤可以改善剑麻纤维/PP复合材料的机械性能、热性能（热变形温度随玻纤含量增加而上升）,并显著降低复合材料吸水率。Zhong Linxin等将剑麻纤维与芳纶纤维按8∶2混合，用酚醛树脂预浸后压制成型，很好的兼顾了高性能与低成本要求。
1.2聚合物基体种类对复合材料性能的影响
&&& 天然植物纤维在高温下易炭化，一般不以成型温度较高的聚酰胺、饱和聚酯等热塑性树脂为基体。通常以聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯］等树脂为基体。基体树脂不同，复合材料力学性能也有较大差异。
&&& 随着人们环保意识的增强，以聚乳酸(PLA)为代表的生物基聚合物日益受到关注，研究表明，聚琥珀酸丁二酯（PBS）、聚&羟丁酸（PHB）、大豆浓缩蛋白（SPC）、腰果壳液（CNSL）合成的甲阶酚醛树脂，橡胶籽油聚氨酯树脂等生物基聚合物均可与剑麻纤维制成复合材料。万春杰等以全生物降解材料聚碳酸亚丙酯(PPC)为基体，制备了苎麻/ 聚碳酸亚丙酯复合材料。由于生物基聚合物普遍存在力学性能差、对热敏感等缺点，生物基聚合物/天然植物纤维全降解复合材料的综合性能还需进一步提高。
&&& 聚合物共混物也可作为这类复合材料的基体。Anuar H.等将天然橡胶（NR）∶液体天然橡胶 (LNR)∶PP按20∶10∶70的比例在哈克混合器中熔融混合制成热塑性天然胶（TPNR），并加入20%洋麻纤维制成复合材料；将PP∶三元乙丙胶（EPDM）按70∶30熔融混合后加入20%洋麻纤维制成复合材料；结果表明TPNR复合材料拉伸强度高于PP/EPDM复合材料12%。Barreto A C H等将腰果壳液（CNSL）合成的甲阶酚醛树脂与环氧树脂混用后，加入剑麻纤维制得复合材料发现，环氧树脂作为酚醛树脂的改性剂，提供了较好的弯曲性及粘结性。Yong Lei等利用两步反应挤出技术将木纤维与HDPE/PET（75/25 w/w）共混物混合制得复合材料，使高熔点树脂PET成功应用于植物纤维增强复合材料，研究表明共混物中加入2% 乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物（E-GMA）可显著改善HDPE与PET的相容性。
2植物纤维添加形态及特性对复合材料性能的影响
&&& 植物纤维作为复合材料的重要组成部分，其添加形态（如纤维增强体形态、纤维长度等）及自身特性（如吸湿性等）会直接影响到复合材料的性能。
&&& 植物纤维在聚合物中的添加形态通常为原麻纤维或纤维编织物。盛旭敏等将粉状红麻纤维（过80目筛）、红麻纤维（纤维长度10mm、20mm）分别加入PP中，结果表明：10 mm长红麻纤维对PP的填充效果优于20 mm长红麻纤维以及粉状麻纤维。陈立成等以苎麻原麻、纱线和麻布作增强体,分别与聚乙烯树脂复合制得复合材料,结果表明苎麻原麻增强效果最好,拉伸强度最大;纱线增强效果次之,麻布增强效果最差。原因在于：纱线是原麻经脱胶、加捻等工序得到,成纱过程导致纤维强度降低,而苎麻布是由纤维交织而成,单方向纤维体积只有纱线增强复合材料的一半,故复合材料的性能也相对较低。
&&& 植物纤维与玻纤、碳纤等传统增强纤维相比，具有较大的吸水性。这一特性往往对植物纤维增强复合材料的机械性能有负面影响。Chow C P L等研究了剑麻纤维/PP复合材料的吸水性,发现复合材料吸水率随剑麻纤维添加量增加而增加；复合材料吸水率增加，则拉伸模量及拉伸强度下降。Jackson D Megiatto Jr.等在剑麻纤维/酚醛树脂复合体系中发现，当材料吸水量下降约20%时，复合材料冲击强度增加10%。Bakare I O等研究剑麻纤维/橡胶籽油聚氨酯生物降解复合材料发现，复合材料在水中浸泡30d后，材料的拉伸强度略有下降，当剑麻纤维含量达到25%或30%时，这一现象更明显；而复合材料的弯曲强度及弯曲模量基本不受材料吸水量的影响。
3植物纤维与聚合物基体的界面结合对复合材料性能的影响
&&& 天然植物纤维化学成分以纤维素为主，还含有半纤维素、木质素、果胶等杂质。植物纤维的吸湿性和较强的极性也使其与聚合物的界面润湿性及黏合性不佳，复合材料容易出现纤维剥落、多孔等缺陷。通过碱处理法、偶联剂法、马来酸酐接枝物增容以及植物纤维胶囊化等途径可以改善纤维与基体的界面结合。
&&& 采用氢氧化钠溶液对植物纤维进行润胀处理（即碱处理法）是发现最早、应用最广的纤维预处理手段之一。通过碱处理，可有效去除纤维杂质，改善纤维结构，有利于增大纤维与基体界面结合力。Barreto A C H等将剑麻纤维用氢氧化钠溶液处理后，再用次氯酸钠水溶液（1∶1）处理。X射线衍射（XRD）表明：经碱处理后剑麻纤维结晶度从最初的60.5%增加到69.2%（对应5%氢氧化钠溶液）和66.1%（对应10%氢氧化钠溶液）；红外光谱分析（IR）表明纤维经碱处理后,谱图中1730cm-1区域的峰消失（对应半纤维素、木质素、果胶等杂质）。Bachtiar D等考察了碱液浓度及碱处理时间对糖棕纤维处理效果的影响，结果表明碱液浓度过高，处理时间过长，会对纤维结构过度破坏，从而使复合材料性能劣化。
&&& 用硅烷偶联剂等对植物纤维进行表面处理也是改善纤维与基体界面结合的有效方法之一。金爱先等选用硅烷偶联剂KH550和钛酸酯偶联剂NDZ201对苎麻纤维进行表面处理，结果表明KH 550 和NDZ201 均能与苎麻纤维分子的羟基反应,一定程度上提高苎麻/环氧树脂复合材料的力学性能。庞锦英等 分别采用硅烷偶联剂(A-174)偶联、高锰酸钾接枝和乙酰化包覆3种方法对香蕉纤维进行表面改性。结果表明,3种方法均能明显改善香蕉纤维与环氧树脂的相容性,其中偶联改性效果最好。偶联改性后复合材料的拉伸强度、弯曲强度、压缩强度分别由改性前的11MPa、48MPa、16MPa提高到了31MPa、97MPa、57MPa。Kechaou B等 借助扫描电镜镜像效应以及感应电流方法研究植物纤维/基体界面的介电性发现，硅烷偶联剂可以有效改善界面强度，使电荷容易沿界面扩散，延迟材料破坏。
&&& 在复合材料中添加马来酸酐接枝PP（PP-g-MA），可以显著改善植物纤维/树脂的界面粘结，提高复合材料的拉伸、弯曲及冲击性能等。PP-g-MA也可改善剑麻纤维/PP复合材料的耐磨损性。在低载荷下PP-g-MA用量为1wt%时复合材料耐磨性最好；高载荷下PP-g-MA用量为2wt%时复合材料耐磨性最好。
&&& Supranee Sangthong等首次将胶囊化技术从无机填料扩展到植物纤维填料：将碱处理后的剑麻纤维浸于表面活性剂十六烷基氯化物水溶液中室温放置24h，加入单体甲基丙烯酸甲酯（MMA）及引发剂过硫酸钠，升温使MMA单体聚合成聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）膜包覆植物纤维表面。结果表明胶囊化技术改善了植物纤维/不饱和聚酯的界面粘结，MMA浓度为0.075%v/v时，复合材料性能最好。
4植物纤维在聚合物基体中的分散情况对复合材料性能的影响
&&& 植物纤维易在基体中聚集成团，较难分散均匀。为解决植物纤维分散不佳的问题，国内外学者从树脂原料形态、复合材料制备方法及工艺等方面进行了相关探索。未散余音《纤维水泥制品制造方法大全》
开&&&&&&本：页&&&&&&数：字&&&&&&数：I&&S&&B&&N：售&&&&&&价：300.00元 品&&&&&&相：运&&&&&&费：卖家承担运费上书时间：购买数量：（库存30件）微信购买商品分类：关 键 字：详细描述：全套资料包含书籍+光盘，共两个部分，详情请咨询客服人员，服务电话：，客服QQ：第一部分：《正版图书——纤维增强水泥与纤维增强混凝土》出版社最新出版图书&图书介绍　目录如下：&　本书将纤维增强水泥基复合材料，按水泥基体的组成、纤维的作用、制备工艺和复合材料的性能等，分为纤维增强水泥与纤维增强混凝土两大类，在简明地阐述两类复合材料的定义、发展历程、增强机制与力学性能特征的基础上，对各类中主要品种的原材料、配合比、制备工艺、力学性能与耐久性以及应用领域与应用实例等均作了详尽的介绍，其中包含近年来国内外开发的若干新品种与新技术。　&第一篇　绪论&　第一章　导言&　　第一节　定义&　　第二节　发展简史&　第二章　纤维与水泥基体在复合材料中的作用及相互影响&　　第一节　纤维的作用&　　第二节　水泥的作用&　　第三节　纤维与水泥在复合材料中的相互影响&　第三章　纤维增强水泥基复合材料成型工艺的选用&　　第一节　纤维增强水泥的成型工艺&　　第二节　纤维增强混凝土的成型工艺&　第四章　纤维增强水泥基复合材料力学性能的主要特征&　　第一节　轴向拉伸性能&　　第二节　弯曲性能&　　第三节　弯曲韧性&　　第四节　抗冲击性&　　第五节　抗疲劳性&　　参考文　献&第二篇　纤维增强水泥&　第五章玻璃纤维增强水泥&　　第一节　原材料&　　第二节　配合比&　　第三节　制作工艺&　　第四节　物理力学性能&　　第五节　耐久性&　　第六节　应用&　　附录：GRC产品的制造、养护与试验规范&　第六章　聚乙烯醇纤维增强水泥&　　第一节　原材料&　　第二节　配合比&　　第三节　制作工艺&　　第四节　物理力学性能&　　第五节　耐久性&　　第六节　应用&第二部分：《正版光盘——纤维水泥制品生产技术、纤维水泥板加工配方工艺大全》光盘，包含以下目录所对应内容，几乎涵盖了所有这方面的内容。&光盘内容介绍　目录如下：&1、水泥混凝土增强聚乙烯纤维及其制造方法&2、水泥混凝土防裂改性聚丙烯纤维及其制造方法&3、一种高质量纤维水泥制品生产工艺&4、轻质玻璃纤维增强水泥通风管道&5、含低密度添加剂的纤维水泥建筑材料&6、纤维水泥增强蒸压加气砼隔强条板&7、聚合物改性纤维水泥组合物&8、含温度补偿的高灵敏度碳纤维水泥基电阻应变传感系统&9、经化学处理而有改善的分散性的纤维形成的纤维强化水泥复合材料&10、钢纤维增强的水泥墙板及其制备方法&11、纤维增强水泥烟气道的制作方法&12、水泥防裂用聚丙烯纤维&13、水泥/石膏芦苇纤维复合材料及其生产方法&14、以膨胀蛭石为轻骨料的玻璃纤维增强轻质水泥板及制法&15、维尼纶纤维水泥制品&16、玻璃纤维增强水泥三维自动喷射车&17、用维伦纤维取代石棉制造纤维增强水泥瓦、板的配方及工艺&18、塑料网和玻璃纤维增强的建筑水泥板&19、粉煤灰水泥纤维面层复合板&20、轻质玻璃纤维增强水泥板&21、植物纤维水泥复合板及制备方法&22、纤维增强水泥制品预拌泵注成型工艺&23、轻质混杂纤维水泥板的制造方法&24、一年生植物纤维水泥复合板的制备方法&25、喷射短玻璃纤维增强水泥砼防渗处理方法&26、玻璃纤维增强水泥烟气道的制做方法&27、生物活性纤维复合生物无机骨水泥&28、一种用于玻璃纤维增强水泥制品的低钙水泥&29、巢式多边形空心复合纤维水泥板及其生产方法&30、研磨纤维水泥&31、玻璃纤维氯氧镁水泥检查井盖&32、玻璃纤维水泥浮雕的制造方法&33、纤维增强水泥烟气道的制做方法&34、植物纤维氯氧镁水泥复合板&35、轻质纤维水泥板的制法&36、玻璃纤维增强膨胀水泥屋面防水技术&37、玻璃纤维轻质水泥板&38、水泥砂浆钢纤维高分子聚合物防水材料及制法&39、多功能纤维增强水泥巢式多边形墙板及制造方法&40、玻璃纤维氯氧镁水泥雨水箅子及制作方法&41、一种植物纤维水泥复合板生产线及专用设备&42、纤维复合水泥纸袋制造及其加工设备&43、一种玻璃纤维增强氯氧镁水泥&44、植物纤维水泥复合板热压生产方法&45、微细聚丙烯纤维增强水泥基复合材料和用途&46、一种纤维增强水泥板材及其制备方法&47、一种聚丙烯纤维水泥板及其用途&48、钢纤维水泥过滤排水管&49、金属纤维增强混凝土、水泥基体和制备该基体和混凝土的预混料&50、无纸浆生产的纤维水泥波瓦&51、植物纤维水泥成型体及其制造方法&52、水泥纤维板的制造方法&53、含有分散在水泥基质中的有机纤维的混凝土,混凝土水泥基质及预混和物&54、采用真空挤出法生产的纤维水泥板、其制备方法及设备&55、一种沥青混凝土和水泥混凝土结构专用增强纤维&56、多孔纤维水泥基质保温砂浆及其制造方法&57、纤维－水泥/石膏叠层复合建筑材料&58、一种纤维复合磷铝酸盐水泥及其浆体和混凝土的制备方法&59、纤维增强水泥管&60、一种纤维增强水泥复合外墙板及其制备方法&61、一种高聚物改性植物纤维水泥复合材料的制备方法&62、超高强度纤维增强水泥组合物、超高强度纤维增强砂浆或混凝土以及超高强度水泥外加材料&63、三维定向纤维增强水泥基复合材料&64、一种替代钢纤维的合成纤维水泥混凝土路面&65、使用装载有无机和/或有机物质的纤维素纤维的纤维水泥复合材料&66、包含纤维素衍生物的添加剂、其应用以及水泥挤出方法&67、一种混杂纤维的水泥混凝土路面&68、以经抗微生物剂处理的纤维素纤维制成的纤维水泥复合材料&69、水镁石纤维增强水泥混凝土材料&70、纤维聚合物水泥砂浆复合聚苯板外保温施工方法&71、用玻璃纤维增强水泥制造面天线&72、一种利用水泥纤维压力板(FC板)来开发生产的新装饰材料及其操作工艺&73、一种轻型高强纤维水泥粉煤灰建筑墙板及其成套设备&74、一种带予制配件和花色图案的水泥纤维压力板(FC板)及其生产工艺&75、对预处理纤维增强水泥产品的包装&76、用化学处理过的纤维素纤维增强的水泥质材料&77、水泥混凝土彩色外加剂及含有该外加剂的彩色钢纤维砼&78、使用上浆的纤维素纤维的纤维水泥复合材料&79、镁铝硅酸盐水泥/纤维增强复合材料及其制备方法&80、一种纤维水泥混凝土混合料&81、减少用于制造纤维强化水泥复合材料的纤维素纤维的杂质的制造方法&82、整体耐水性纤维水泥&83、纤维增强内外墙摸灰水泥砂浆&84、纤维增强水泥壁板条及其制造和安装方法&85、强化的纤维增强水泥构件及其制造和安装方法&86、陶瓷纤维增强水泥基复合材料&87、一种防塑性开裂的混杂纤维水泥基复合材料&88、具有一保护膜的纤维水泥板组件及其制法以及黏结该保护膜的黏结方法&89、低密度、纤维增强水泥组合物&90、聚丙烯纤维水泥砂浆及其生产方法&91、使用上浆的纤维素纤维的纤维水泥复合材料&92、水泥基石墨钢纤维复合导电材料制备方法&93、纤维增强聚合物水泥基轻质保温屋面板&94、纤维增强型聚合物水泥防水涂料&95、使用漂白的纤维素纤维的纤维水泥复合材料&96、非金属纤维编织网短纤维联合增强水泥基复合材料&97、秸秆纤维水泥复合材料&98、耐用的高性能纤维水泥产品及其制备方法&99、水泥基材料塑性防裂用改性纤维及其制备方法&100、制备高强度纤维增强建筑水泥板材的多层工艺及装置&101、用于纤维加强的建筑水泥板材制造的浆料进料设备&102、一种硬化水泥基材料防干缩开裂用纤维材料及其制备方法&103、具有可辐射固化组分的复合纤维水泥制品&104、玻璃纤维水泥刨花板&105、用精制的纤维素纤维增强的水泥质材料&106、一种轻型高强纤维水泥粉煤灰建筑墙板的生产设备&107、杂化涂层玻璃纤维增强水泥的制备方法&108、一种中空多孔纤维在水泥混凝土制品中的应用&109、一种中空多孔纤维在抹灰水泥基材料中的应用&110、碾压柔性纤维水泥混凝土作为基层的路面结构及施工方法&111、碾压柔性纤维水泥混凝土路面结构及施工方法&112、表面改性钢纤维和钢筋生产增强水泥砂浆及混凝土的方法&113、纤维水泥板灌浆墙体及其施工方法&114、一种无石棉水泥纤维管&115、水泥基和纤维水泥产品&116、一种用微细金属纤维增强油井水泥浆的方法&117、轻量、纤维强化的水泥板&118、一种纤维增强板复合发泡水泥保温砌材及其生产方法&119、纤维水泥波型彩瓦及其制备工艺&120、一种导电纤维增强水泥基功能复合材料的制备方法&121、碳纳米管纤维水泥基材料及其制备方法&122、用于水泥粘结建筑材料的双组分塑料纤维&123、复合纤维水泥井盖及其制备方法&124、用于纤维水泥基材的抗碎胶乳面层组合物&125、用于和耐碱性玻璃纤维一起使用的含水泥合成物以及这种合成物制成的杆状物&126、一种水泥基麦秸纤维复合板材及其制备方法&127、碾压玄武岩纤维水泥混凝土材料及其路面面层的施工方法&128、涂布水泥纤维板制品的方法&129、玻璃纤维增强水泥板及其制造方法&130、水镁石纤维增强商品水泥砂浆材料&131、一种用植物纤维和水泥增强的轻质保温隔热生土材料&132、低摩擦纤维水泥电缆保护管&133、单元式纤维强化水泥轻质墙板和用其拼接而成的内外墙&134、纤维水泥电缆管&135、建筑用纤维增强水泥电线槽&136、玻璃纤维增强水泥平板真空脱水设备&137、蜂窝水泥纤维板&138、水泥纤维压力复合板&139、单枪式玻璃纤维增强水泥喷射枪&140、玻璃纤维增强水泥三维自动喷射车&141、玻璃纤维增强水泥塑料大棚骨架&142、纤维增强水泥复合隔墙板&143、引射式纤维增强水泥制品喷枪及纤维切割机&144、纤维网增强水泥内保温板&145、纤维增强水泥珍珠岩圆孔隔墙板&146、玻璃纤维增强水泥外墙挂板&147、预制轻型玻璃纤维水泥屋面板&148、预制玻璃纤维水泥棚板&149、纤维增强水泥粮仓&150、玻璃纤维增强水泥波形大板&151、玻璃纤维增强水泥烟气道&152、轻型玻璃纤维增强水泥承力墙板&153、一种塑料纤维增强水泥大棚拱架&154、纤维水泥木面复合拼花板&155、纤维高强水泥微孔空心内隔墙板&156、玻璃纤维布水泥砂浆墙板&157、氯氧镁玻璃纤维增强水泥平板生产装置&158、纤维增强水泥地下工程支护制品&159、纤维复合水泥袋纬纱涂胶、导纱装置&160、纤维复合水泥袋经纱涂胶、导纱装置&161、纤维复合水泥袋切断装置&162、纤维复合水泥袋印刷装置&163、氯氧镁玻璃纤维增强水泥波瓦胚生产装置&164、纤维水泥胎模复合墙体&165、多孔型水泥纤维空心板连续成型机&166、菱镁水泥竹木纤维复合板&167、组装式仿木纤维增强水泥门窗框&168、钢纤维水泥过滤排水管&169、一种纤维增强水泥平板&170、氯氧镁玻璃纤维增强水泥波瓦成型装置&171、预制纤维增强水泥外墙外保温板&172、水泥纤维面砖&173、水泥纤维空心板连续成型机&174、真空挤出法生产纤维水泥板的设备&175、纤维水泥闷晒式太阳热水器&176、高压真空挤出法生产纤维水泥板的单螺杆挤出机&177、玻璃纤维轻质水泥不燃板&178、纤维水泥制品通用真空成型机&179、氯氧镁玻璃纤维增强水泥平板生产装置&180、玻璃纤维水泥瓦生产线震动装置&181、玻璃纤维水泥瓦生产线刮浆装置&182、复合纤维水泥井盖&183、石材纤维水泥板粘合板&184、含温度补偿的高灵敏度碳纤维水泥基电阻应变测量装置&185、钢肋玻璃纤维增强水泥外墙板&186、承插式纤维水泥渗水管&187、一种纤维水泥屋面瓦&188、一种湿法生产纤维水泥制品的掺料工艺补偿机构&189、设置隔离层的柔性纤维水泥砼路面结构&190、砌块成型机用水泥基多纤维复合托板&191、植物纤维水泥复合板&192、一种栽植法掺用替代纤维生产少石棉水泥制品制坯机&193、用于制造纤维水泥管的制管机&194、纤维水泥制品立式储浆放浆机&195、纤维增强水泥板与硬质聚氨酯泡沫复合保温板&196、高强纤维水泥烟囱管及其接口管&197、防粘贴抗碱玻璃纤维增强水泥箱式变电站箱体&198、碾压柔性纤维水泥混凝土作为基层的路面结构&199、碾压柔性纤维水泥混凝土路面结构&200、纤维水泥板灌浆墙体&201、一种纤维水泥瓦&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高密度植物纤维功能材料制备、性能和机理的研究
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&【摘要】：随着人们对石油、煤炭、矿石等不可再生资源的大力开采和消耗,以及石油基塑料的大量使用引起日益加剧的环境污染问题,植物资源的高质化利用成为全球研究的热点。具有环保、可降解、隔热保温等优良性能的天然植物纤维复合材料成为复合材料领域中增长最快的材料之一。目前,高密度的植物纤维复合材料必须大量使用石油基塑料或树脂组份,才能得优质的复合材料。但是,其环保性、可降解性受到很大影响,纤维材料疏松多孔的三维结构也难以保留。本论文以蔗渣纤维为原材料辅以少量化学助剂,采用湿热压成型技术与装备制备了可完全降解的高密度植物纤维功能材料(密度为800～950kg/m~3)。同时研究了其物理化学特征的变化,并对相关机理进行了探讨。
利用X衍射和CP/MAS ~(13)C
NMR对蔗渣浆纤维微观结构组成进行了分析;通过高效阴离子交换色谱分析得到蔗渣浆纤维单糖组成为葡萄糖、木糖以及少量的阿拉伯糖;利用凝胶渗透色谱分析得到蔗渣纤维素的数均分子量Mn为3.28&10~5、重均分子量Mw为2.02&10~6、质均分子量Mw为5.03&10~6;利用热重分析研究了纤维原料的热解性能及其热解动力学模型。纤维原料的分析为新型植物纤维复合材料的开发奠定了理论基础。
研究了干燥压力、干燥时间、干燥温度对材料拉伸性能、挺度性能和防水性能的影响,同时优化得到最佳的制备工艺为干燥温度160℃、干燥时间4min、干燥压力为0.4MPa。此时得到的试样的弹性极限应力和弹性极限应变分别为9.24MP,0.43%;弹性模量为2.14GPa;形变极限和强度极限应力分别为3.26%和35.35MPa;材料的抗张吸收能为30.88J/m~2;材料应变&IV为0.12%;密度约为910kg/m~3;材料挺度为119.5mN.m,接触角增至110.54&,具有较好的性能。
利用显微镜、扫描电镜(SEM)研究了不同制备工艺条件下得到的高密度植物纤维功能材料结构;利用AFM对制备过程中纤维表面的微观变化进行了探讨;利用显微镜,研究了热压过程中的纤维搭接形变的特征并进行了量化。
通过电导滴定法测定不同工艺条件下得到的纤维试样的羧酸含量并计算得到内酯含量。结果表明内酯含量随着干燥温度、时间和压力的提高而增大,解释了纤维角质化的机理。利用X-衍射、ATR-FTIR和CP/MAS
~(13)C NMR等分析方法研究了不同制备工艺条件下纤维化学特征的变化。
依据毒性评价、吸湿性、抑制烟雾产生、发烟效果和成本比较等阻燃剂的选择原则,优选阻燃剂A、阻燃剂B、阻燃剂C作为高密度植物纤维功能复合材料用无机阻燃剂。通过正交试验分析得到最优的复合无机阻燃剂体系,其中各组分的配比为:阻燃剂B:阻燃剂A:阻燃剂C=2:3:1。为了在获得良好的阻燃性并尽量保留其物理强度,选用阻燃剂在添加量为60%,得到的试样燃烧过程中几乎没有烟生成,最后的灰烬颜色为黑色,此时材料的最大拉伸应力和应变值分别为21.15MPa、1.68%。
利用SEM分析了阻燃试样的结构和阻燃剂在试样中的分布,探讨了其留着机理;添加了1.5%的阳离子淀粉对阻燃的植物纤维功能材料进行了有效的强度补偿。按照GB/T
2406-92测得阻燃剂添加量为60%的试样的氧指数为31.2%,属于难燃材料;根据ASTM
E86-08测定阻燃型高密度植物纤维功能材料的火焰蔓延指数为13.6,烟雾指数为108,达到室内墙体和天花板装饰的A级标准。
研究了单一阻燃剂、复配阻燃剂和阻燃型高密度植物纤维功能材料的热解性能并分析其阻燃机理。傅里叶衰减全反射红外(ATR-FTIR)分析了热解剩余物的红外谱图特征。当热解温度低于300℃,阻燃和非阻燃试样热解缓慢,没有出现新吸收峰。热解温度350℃时,非阻燃试样在1611cm-1处出现芳香环骨架振动吸收峰和1705cm-1为共轭羰基振动吸收峰,而阻燃试样未出现新的吸收峰。热解温度为400℃处理30S时,阻燃试样的热解剩余物的纤维素和半纤维素的特征吸收峰没有消失;非阻燃的试样,纤维素和半纤维素的特征吸收峰基本消失,几乎热解完全。处理时间延长至2min,阻燃和非阻燃试样的纤维组分都会被充分热解,呈现出类似的ATR-FTIR谱图特征。
利用显微镜和扫描电镜对不同热解温度条件下非阻燃和阻燃植物纤维功能材料热解剩余物的形态结构进行观察,可以直观的看到添加阻燃剂后热解剩余物的纤维网状结构得到很好的保持。通过SEM照片可以清晰的看到阻燃剂热解剩余物对纤维的包覆现象,进一步完善了阻燃机理。
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