文冠果果壳纤维/聚丙烯复合材料的制备及性能研究

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现代社会的飞速发展对材料提出了更高的要求,需要从工艺性、经济性到可持续发展性等多方面综合评估。近年来,随着生态友好性和可持续发展性越来越受到人们的重视,天然纤维/聚合物复合材料逐渐走进了人们的视线。  文冠果(Xanthoceras sorbifolia Bunge,XSB)是我国特有的一种优良木本食用油料树种,适应性强、出油率高,是生物柴油原料的一个优良选择。而其种子和果壳的产额比约为18∶8~10∶9,所以文冠果果壳的利用非常重要。因其含有丰富的纤维素,可以考虑将其添加到聚丙烯中制备天然纤维/PP复合材料。  本文采用双螺杆挤出机熔融共混和注塑成型的方法制备了文冠果果壳纤维/PP复合材料,对该纤维进行了不同的表面处理(包括U、A、A+M、A+A、KH570、A+570、JN-9A、A+JN、A+B九种)、选取了不同的尺寸和含量、与玻璃纤维或Kevlar纤维进行了混杂填充,并系统地研究了这些因素对于该复合材料机械性能的影响。  研究发现文冠果果壳纤维经过碱+漂白处理后,纤维素的含量大幅增加;纤维表面由较致密、光滑变得更加粗糙、松散;纤维尺寸减小。不同方法处理后,纤维的初始分解温度(Ti)相对于未处理纤维均得到了明显上升、热稳定性提高。碱处理和偶联剂、MAPP、乙酰化、漂白双重处理的纤维填充聚丙烯复合材料的拉伸强度和拉伸模量均获得了明显提高。其中,碱加KH570硅烷偶联剂处理的综合效果最佳。  纤维含量和尺寸对复合材料性能影响的研究结果表明:随着纤维含量的增加,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率整体均呈降低趋势;冲击强度和拉伸模量则先增加后降低,其中,拉伸模量在30wt.%处有最大值2095.4 MPa,将近提高了一倍。  随着纤维尺寸的减小,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量均呈先增加后降低的趋势,分别在40-80目、30-50目和40-80目有最大值;拉伸模量和断裂伸长率均先降低后增加;冲击强度和吸水率整体均呈降低趋势。其中,纤维尺寸为40-80目的复合材料综合性能较好。  文冠果果壳纤维分别与玻纤(GF)、凯夫拉纤维(KF)混杂填充聚丙烯复合材料中,随着GF或KF在纤维含量中比例的增加,复合材料的拉伸强度、弯曲强度、拉伸模量和弯曲模量整体均呈增加趋势;冲击强度随玻纤含量的增加整体连续增加,而在凯夫拉纤维含量为5wt.%时有最大值;吸水率整体均呈下降趋势。
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