硕士学位论文-硬质PVC-木粉复合材料研制及其性能的研究.pdf

北 京化工大 学 学位论文 原创性 声明 本人郑重声明所呈交的学位论文 , 是本人在导师的指 导下 , 独立进行研究工作所取得的成果 。 除文中已经注明引用 的内容外 , 本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的作品成果 。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体 , 均己 在文中以明确方式标明 。 本人完全意识到本声明的法律结果由 口 本人承担 。 学位论文作者签名 子 军 年月日 北京化 二 大学 祠沉 士 , 祠开 究 目匕 学位论文 硬质木粉复合材料研制及其性能的研究 摘要 伟、 、 木塑复合材料由于具有环境的友好性而发展较快 。 与纯 或木材相比 , 木粉复合材料具有较高的密度和较差的冲击 强度 , 从而限制了, ,木粉复合材料的应用 。 本文采用非交联 型抗冲改性剂和交联型抗冲改性剂对木粉复合材料进行冲 击改性 , 利用吸热型发泡剂和吸放热型发泡剂对复合材料的密 度进行改性 , 从而克服复合材料的缺陷以使材料应用范围广泛 。 木粉含量对材料的力学性能和加工性能的影响进行了研究 , 发现随着木粉含量的增加拉伸强度下降 , 冲击强度下降 , 拉伸 模量有所上升 , 物料的塑化时间最大扭矩值均比空白样的要 一长。 抗冲改性剂的类型及其添加份数对木粉复合材料冲击强度 的影响进行了系统的研究 。 交联型抗冲改性剂对提高材料的冲击强 度要优于非交联型抗冲改性剂 。 刚性粒子在提高材料冲击强度的同 时并不改变材料的拉伸性能 。 发泡剂类型对材料强度和密度的影响做了系统研究 , 发现吸放热 型发泡剂对材料密度的降低要优 于 吸热型发泡剂 , 不管用何种发泡 剂 , 随着发泡剂含量的增加 , 复合材料的力学性能有所下降 。 吸一 放热型发泡剂对材料力学性能的负面影响要小于放热型发泡剂 。 采用扭矩流变仪研究了润滑剂对复合材料加工性能的影响 。 润滑 剂的加入 , 使材料的最大扭矩 、 平衡扭矩还是塑化值 , 塑化时 间均比空白样的要长 。 润滑剂 、 一 的最大扭矩比空白样的要 小 。 一 石蜡润滑体系有着明显的外润滑作用 。 石蜡的加入 , 使最大扭矩 、 平衡扭矩还是塑化扭矩均有不同程度的减小 , 同时物 北京 下七二 大学 闷 改 士 月开 究生学 毛 立 论文 料塑化时间也比空白料要短 。 随着 一 理的加入 , 最大扭矩 、 一 平衡 扭矩及塑化扭矩均有不同程度的减小 , 而物料塑化时间则比空白料 要短 。 润滑剂均为份时 , 最大转矩为 一一刊一十 石蜡石蜡 , 塑化时间为 一一 峨 一 石蜡 石蜡 。 关键词 , 木粉 , 抗冲改性剂 , 发泡剂 , 润滑剂 , 北京化 二 大学 不页 二 毛开 究生学位 宝仑 文 一 认勺 一 一一 一 一 , 一 , 七 一 一飞一 一 一, 一 一 一 一 一 北京化 口二 大学 闷页匕币开 究生学位论文 一 飞 二 一 一 一 一 一一 , 一 , 一一 一 一、 , ,一一 工 一, 认 一一 厂 人 一 一 少 北京化 二 大学硕 性 , 花开 究生学位论文 目录 目录 第一部分文献综述 概述 历史和前景 木塑复合材料材料的种类和性能 天然纤维 的特性 川 天然纤维的分类及结构 , 木粉的化学组成 木纤维的降解 魂 纤维增强理论 , 日 木粉与树脂的相容性 , 纤维改性 物理法改性 化学改性 硅烷处理 异氰酸醋 , 接枝共聚反应 对植物纤维进行浸润处理 、 国内外木粉复合材料表面处理的研究现状 木粉复合材料增韧的研究进展 增韧的研究进展 弹性体增韧 弹性体增韧塑料机理 , 二 剪切屈服 一银纹化理论 网络增韧机理 弹性体增韧体系 非弹性体增韧改性 乡 北京化 口二 大学 周眨 士研究生学位论文 刚性有机粒子增韧 刚性有机粒子的增韧机理 即增韧 尸 体系 , 断 刚性无机粒子增韧 刚性无机粒子增韧机理 尺 增韧 , 的研究进展 】 橡胶弹性体和刚性粒子增韧的异同点 , 木粉复合材料的增韧进展 刀 发泡制品 发泡机理 发泡方法 , 应用和前景 , 本课题研究重点 二 二 别 第二部分实验部分 试验原料 一 月 加工设备及测试仪器 、 实验配方 成型加工工艺 木粉表面处理工艺 木粉复合材料材料加工工艺流程 木粉复合材料材料加工工艺流程 木粉复合材料材料加工工艺流程 洲 性能测试 拉伸性能 冲击性能 密度 “ 飞, 北京化 口二 大学 周皿 二七 研究生学位论文 共混物的形态观察 洲 转矩流变测试 洲 热失重分析 洲 第三部分结果与讨论 一 ” 木粉热失重分析 一 , , 不同处理剂对木粉材料的力学性能的影响 忆 不 同处理剂对木粉复合材料加工性能的影响 朽 木粉含量对复合材料性能的影响 从 魂 木粉含量对复合材料力学性能的影响 州 木粉含量对复合材料加工流变性能的影响 洲 偶联剂的用量对力学性能的影响 抗冲改性剂对复合材料性能的影响 , 冲击改性剂对复合材料拉伸性能的影响 抗冲击改性剂对无缺口冲击强度的影响 发泡剂对 , 木粉复合材料性能的影响 发泡剂类型对材料力学性能的影响 发泡剂类型的热分析 发泡剂的类型和含量对木粉发泡复合材料的泡孔形态的影响 发泡剂类型对材料力学性能的影响 发泡温度对复合材料的孔隙率影响 , 孔隙率对材料的力学性能的影响 孔隙率对材料的断裂拉伸强度的影响 孔隙率对材料拉伸模量的影响 孔隙率对材料断裂伸长率的影响 夕 北京化 二 ,冤 学 周眨 士 祠开 究 月匕 学 立 论文 孔隙率对材料无缺口冲击强度的影响 润滑体系对 尸 木粉复合材料性能的影响 , 仆用量对熔体流变性能的影响 了 一 用量对熔体流变性能的影响 一 石蜡用量对熔体流变性能的影响 魂 石蜡用量对熔体流变性能的影响 , 一 用量对熔体流变性能的影响 不 同外润滑剂对熔体流变性能的影响 第四部分结论 第五部分参考文献 已发表的论文 致谢 尹 北京化 二 大学硕 二 研究生学位论文 一文献综述 概述 聚氯乙烯是历史最长的热塑性塑料 。 从年德国法本公司工业化 生产以来 , 经过近年的历程 , 己发展成为最重要的 、 产量仅次于聚乙烯, 的大宗塑料品种 , 也是我国产量最大的热塑性材料 生 。 , 年世界 树脂产量 己达 万吨 , 占世界合成树脂总量的 。 预计到年 , 世界 树脂的 消费量将分别达到万吨 。 制品可粗略分为软质加入大量增塑剂的 制品和硬质加入少量或不加增塑剂的制品 , 其中 , 不加增塑剂的硬 质材料 , 通常做未增塑 , 简称卿 。 在四塑料工业发展的初期 , 因加工 技术难题尚未解决 , 基本上 以软质塑料为主 。 一直到大约年前 , 前西德 从设备角度解决硬质的加工问题 , 以及美国主要从配方上解决的配合 料之后 , 才使制品生产和应用得到快速发展 。 纵观目前的世界制品市 场 , 用于硬质制品生产的树脂消耗量已超过既 , 并正在研究开发高强 、 高 韧的新品种树脂 , 逐步向工程塑料领域渗透 。 对比看来 , 我国相对落后 , 口 制品比例较小 , 无论在树脂品级 、 改性剂研究 、 生产 、 加工设备改良及制品开拓 诸方面均与国际水平有不小的差距 。 近年来 , 随着全球经济发展 , 人们普遍对生存环境提出了更高要求 。 可持续 发展 、 保护生态环境等在世界范围内的提出 , 各学科领域在这方面都取得了很大 的进展 。 考虑生态上的利害 , 天然材料被再一次重新重视 , 因此诸如可回收 , 环 保类的论点在新材料 , 新产品的介绍中变得日趋重要 。 当前 , 可回收设计 , 或者 在更为广阔的前景中 , 生态设计正形成一种哲学 。 它可被应用于越来越多的材料 和产品中 。 正应为这些原因基于木质纤维素的天然纤维被认为是一种重要的环保 材料用于替换在工程聚合物材料中起增强作用的玻璃纤维 。 天然纤维 , 如亚麻 、 大麻 、 剑麻 、 黄麻及西沙尔麻 , 有一定的工艺经济性并且具有优于玻璃纤维的生 态优势 , 这种重要的机械及物理特性与它们的环境友好性相结合促使用这种纤维 来代替玻璃纤维 。 用木粉或植物纤维来填充的塑料再生料或新料 , 经专用机器 挤出 、 压制或注塑成型后用来替代某些木材制品的木塑制品尤为实用 。 木塑复合 材料 一 、, 以 , , 简称 , 是用木纤维或植物纤维填充 、 增 强的改性热塑性材料 , 兼有木材和塑料的成本和性能的优点 , 经挤出或压制成型 “ 北京化 二 大学 祠面 士 庵开 究生学位论文 为型材 、 板材或其他制品 , 替代木材和塑料 。 木纤维塑料配混料研究已有多 年历史 , 但一直未能工业化 , 巧年前左右 , 才 一 有很小量用于低值的吸声制品 。 由于环境观念的加强 , 美国建筑工业寻找像木 一样的替代材料 不腐蚀 、 不翘 曲 、 维修方便 , 外观与木材相似 , 而韩国和日本的纸 、 木材加工厂为寻找锯木粉 、 废木屑等的应用 , 都推动和加速了钟的研究和应用开发 。 美国著名塑料配混机 生产厂公司认为发展是受越来越被重视的环境观念的结果 , 以往废 木屑 、 边角料只能燃烧或作为固体垃圾处理 , 工业咨询家认为发展推动力来 自合 理利用地球有限资源的要求 , 减少原始木材用量 , 保护森林 , 回收再利用旧木粉 和塑料 。 把木粉填充配混料加工成建筑和结构用型材是 目前挤出行业最活跃的部 之一 , 新应用开发也层出不穷 , 所以尽管已有几十年的研究历史 , 山于脚巨 大的潜在应用市场 , 使其像一种新产品受到人们普遍关注 。 不少国家投入力量加 快开发和应用步伐 , 尤其是型材的生产 , 被称为是一个 “ 热门 “ 市场 。 木纤维和植物纤维最初作为低成本 、 提高塑料刚性的改性填充材料 , 木塑塑 料可充利用资源 , 且可回收利用 , 而材料能否回收利用己成为工业界选材的重要 考虑因素 , 因而前景看好 , 主要特点可归结如下耐用 、 寿命长 , 有类似木质 外观 , 比塑料硬度高具有优良的物性 , 比木材尺寸稳定性好 , 不会产生裂缝 、 翘曲 、 无木材节疤 、 斜纹 , 加入着色剂 、 覆膜或复合表层可制成色彩绚丽的各种 制品具有热塑性塑料的加工性 , 容易成型 , 用一般塑料加工设备或稍加改造 后便可进行成型加工 , 加工设备新投入资金少 , 便于推广应用有类似木材的 二次加工性 , 可切割 、 粘接 , 用钉子或螺栓连接固定 , 可涂漆 , 产品规格形状可 根据用户要求调整 , 灵活性大不怕虫蛀 、 耐老化 、 耐腐蚀 、 吸水性小 , 不会 吸湿变形能重复使用和回收再利用 , 环境友好维修费用低 。 其缺点是韧 性低于塑料母体树脂 , 加工设备 、 下游装置 、 模具均需作相应调整和改造 。 木塑板材制品的加工制造与传统的木材加工和塑料加工相比具有显著的技 术特点 。 使用木粉或植物纤维高份额填充聚乙烯 、 聚丙烯和树脂 , 同时添加 部分增粘及改性剂 , 经挤出 、 压制或挤压成型为板材 , 可替代相应的天然木制品 , 除具有木材制品的特点外 , 还具有强度高 、 防腐 、 防虫 、 防湿 、 使用寿命长 、 可 重复使用 、 阻燃等优点 。 一般情况下 , 木塑板材生产工艺流程是将选型后的木粉 经过干燥等处理后 , 按照不同用途的配方要求进行混合 、 粉碎 , 按照型材要求山 北京 下 七 二 大学 周 面 士 笼开 究生学位论文 塑料加工挤出机加工成型 , 并进一步加工成产品 。 目前生产木塑板材主要有以下 种工艺路线一是挤出成型工艺 。 由单或双螺杆挤出机挤出成型 , 可连续挤出 任意长度的板材 。 该工艺又可分为单机脐出和双机复合挤出板材 , 复合挤出的目 的是在木塑板材的外表共挤出一层纯塑料表层 , 成为可在特殊场合使用的木塑板 材 。 奥地利辛辛那提公司及模具公司开发出各种木塑板材制品就是采用此工 艺 。 二是热压成型工艺 。 该工艺可成型一定规格的不连续板材 , 加工工艺类似于 密度板成型工艺 。 加拿大的协德公司开发的木塑制品是采用热压工艺 。 三是挤压 成型工艺 , 即挤出机和压机联用的一种边挤出边压制的工艺 。 该工艺成型的板材 长度要长于热压成型的板材长度 , 其制品综合性能要好于挤出工艺的板材制品 。 韩国的大山株式会社利用挤压联用工艺开发了木塑板材制品 。 上述不同工艺得到 的木塑板材都具备良好的耐水性 、 阻燃性和可回收性 , 综合力学性能和制品相对 密度以压制工艺为最好 。 从板材规格看 , 挤出工艺和热压成型工艺可得到任意尺 寸 , 而挤压成型一般不超过米长度 。 挤出成型的板材一般用于装饰板材 , 热 压成型和挤压成型则主要用于装饰板材和受力板材 。 根据材料性能的应用范围和 国内外的有关报道 , 目前已经开发的用途及使用场合如下公园 、 球场 、 街道 等场合 , 特别适合露天桌椅建筑材料 、 吊板 、 屋顶 、 高速公路噪音隔板等市 政交通方面标记牌 、 广告板 , 格栅板 , 汽车装饰板材等包装材料 、 搬运垫板 、 托盘和底盘家庭围墙 、 花箱 、 篱笆 、 走道 、 地板 、 防潮隔板各种体育馆装 饰板材 、 地板等 。 历史和前景 二战时期就出现了将木粉作为填料与塑料复合而成的木塑复合材料 。 但是由 于木粉和塑料的相容性差 , 所以当木粉的比例过大时所得复合材料的性能较差 。 改善材料的界面相容性一直成为后续研究的主要目标之一 。 年 , 发明了一种含有铁阳离子和过氧化氢的催化反应系统 , 将不饱和的单体接枝到木 材纤维上 , 来改善木材纤维和塑料之间的相容性 , 其他研究者进一步研究和发展 了此方法 。 可能是第一位将偶联剂当时被称为横向联合剂 应用于 木材纤维和塑料复合材料中的学者 。 利用马来酸配在 自由 基引发下使木材纤维和聚乙烯或者聚氛乙烯复合 , 并 申请了专利 。 偶 联剂的发展使木材纤维和高聚物的界面特性较以前有了很大的改善 , 复合材料的 物理和力学性能有所提高 。 北京化 二 大学 祠 皿创匕履开 究生学位论文 从世纪年代开始 , 偶联剂成为 一 , 的研究热点 。 从 一 年到 , 年 产生 了一系列的偶联剂专利 , 其中包括异氰酸酪和马来酸 八 , 邻苯二 甲酸醉 , 聚亚甲基聚苯基异氰酸酩 姗平 更 , 马来酸酚接枝聚丙烯闲川 , 马来酸醉改性 的苯乙烯一乙烯一丁烯一和硅酸盐类等,多种偶联剂 。 这些偶联剂可 分为有机偶联剂 , 无机偶联剂 , 有机一无机偶联剂三大类 。 实验证明 , 有机类偶 联剂效果较好 。 目前最为常用的有机偶联剂是 却 , 和四即 。 世纪 。年代 , 在保持性能良好的情况下如何降低偶联剂的成本成为此领域的热门话题 。 因 为在的生产成本中 , 偶联剂的成本大约 占脚 , 这使得其难于被广大消费 者接受 。 木材一热塑性塑料复合材料的商业应用始于世纪年代中期 。 年 公司销售商品名为的木粉复合材料 。 它首先 是由木粉和复合制成片状 , 然后挤塑成型 。 年前一种被称为 、 、 、砂 的 犯 在意大利兴起 , 它是使用的木粉和沁的聚丙烯 内混合而成 , 然 后被挤塑成薄的单板 , 再加热模压成型最后成为福特汽车的内衬板材 。 木塑复 合材料优异的性能以及其传统的塑料生产加工方法使得 、加从 产 品具有价 格低廉 、 强度好 、 硬度高等特点 , 所 以 匆 ” 至今仍然被 “泛使用 。 世纪年代 , , 制品蓬勃发展 , 美国市场对木材一热塑性塑料复合材 料产品的需求迅速增长 。 据年 八 , 、 一 ,、 一 。 【 之 ,。 ,、 一飞 、 。, , 报道 , 美国习 前产品销售量近 气 , 比两年前增加了两倍 。 主要的产品是地板块 , 盘子 , 汽车内衬板 、 窗框 、 栅栏和装饰材料 。 据公司最近的调查报告显示 , 用来填充和增强热塑性塑料及热固性塑料的天然纤维是增长最快的聚合物填料 之一 。 预计北美对用作塑料填料的木材纤维需求在汽车应用领域的年增长率为 一 , 占纤维总量的 , 而在某些建材应用领域的年增长率达到 木材纤维占纤维总量的 。 据年的 。一 。 。川 一 中报道 , 预期到年 , 美国对 材料的 需求量将突破了 , 这些材料的主要制品将是地板材料 。 新的应用领域 , 如墙体材料等也将会占重要的比例 。 在我国 , 世纪年代中期 , 福建林学院杨庆贤等开始对木粉和废旧塑料 北京化 二 大学 周陇 士 月开 究生学位论文 的复合进行了初步的探索研究并开发了几种产品 , 在此研究中两种材料通过物理 方法进行混合杨庆贤 ,。 这可能是我国在木材一热塑性塑料复合材料研究 方面迈出的第一步 。 世纪年代末 , 中国林科院木材 一 业研究所开始了对木 材纤维和 , 纤维复合材料的研究 。 研究的内容包括材料的机械性能改善 , 加 二 设备 , 生产工艺 。 他们在木材纤维和聚丙烯纤维复合中采用酚醛胶 了 作为胶粘 剂 , 来提高材料的结合能力 。 对材料使用了处理剂进行预处理 以改善材料问相性 。 由于其目标产品是汽车的门衬板 , 因此采用了空气铺装热压成型的加工方法 , 工 艺与中密度纤维板的生产方式相似 。 由于产品的性能不稳定 , 随后中国林科院木 材工业研究所又对材料的力学性能 、 工艺影响参数和材料之间相容性的提高等内 容进行了研究 竺。 在提高材料间的相容性方面 , 我国进行了一些研究 。 中国林科院木材工业研 究所对木材和苯乙烯接枝共聚过程 中官能团和表面极性的变化进行了研究 几, 使用顺丁烯二酸配和丁二酸醉经过酪化反应来降低表面极性 , 效果良好 。 二 海交通大学高分子材料研究所用马来酸酥接枝聚丙烯作为偶联剂应用于纸粉或 纤维素填充的 即 体系中 , 并对提高材料相容性的机理进行了分析 趾 气我国台北 学者 下 一”,也同步开 展了的研究 , 但是对木粉和废弃塑料复合材料的研究较旱 , 力图通过这种来解决台北的废塑料问题 。 在产品商业化方面 , 加拿大未来技术有限公司于年将木塑材料技术在 我国出售安徽蒙城县铝塑型材有限公司与蒙城县铝塑研究所合作 , 研究建设的 木塑材料生产线申请了国家专利 无锡南丰塑业有限公司研制的组合式木塑托盘 通过了由中国包装协会组织的技术鉴定 , 并申请了国家专利 。 北京化工大学和北 汽对福田汽车进行了产品专用设备的开发 。 此外 , 山东 、 浙江等也有企业对 木塑材料的生产工艺及专用设备进行研究开发 。 我国在回收材料生产和材料回收方面起步较晚 , 在这方面的研究 较少 。 发达国家的许多学者在这方面作了大量的实验 。 实验研究表明 一川 由回 收塑料与木材复合而成的性能同新塑料所制得的性能差别不大 。 木 材纤维和 、 等热塑性塑料的复合材料不仅可 以利用回收木纤维和回收塑料 来生产 , 而且其自身可以回收利用 , 并具 。 有和新原材料生产的复合材料相类似 的强度和物理性质 。 生产设备不用经过改动或经过较小的改动即可生产回收材料 的复合材料 。 但是利用回收塑料和回收木纤维生产的复合材料还 面临很多的问题 北京化 二 大学 周 面创匕 庵开 究生学位论文 ” , 例如 , 利用熔融混合法生产的回收材料的的冲衬示性能有所下降但这对 大多的应用领域影响不大 , 弯曲性能不好 , 需要进一步改善尽 一量改进 工艺以 经济的模式生产回收材料的复合材料 , 降低原料的回收成本等 。 这将辟新的问 收塑料的市场 。 木塑复合材料材料的种类和性能 根据木材在其中的含量 、 状态的不同 , 木塑复合材料分为以下两种方法 塑合木是在实体木材中浸注塑料单体或酚醛树脂 、 脉醛树脂 、 聚酚等 止 。 在使用 单体作为浸注体时 , 单体通常是非极性的 , 而木材 , 是由纤维素 、 半纤维素 、 木素 、 抽提物等组成的 , 含有大量轻基 , 是极性的 , 单体与木材不发生反应 。 只有在自由 基 引发剂和热辐射源等的引发下才能使单体产生自由基 , 并在木材中聚合 , 形成 高分子聚合物单体填充于木材管胞和纤维的细胞腔中 。 这种复合方式可 以提高木 材的尺寸稳定性 、 耐腐蚀性 、 防 白蚁等 ” 。 木粉或木纤维 一与塑料混 合注模成型 是将木粉或木纤维与热塑性聚合物或热固性高聚物材料在加热的条件下充分棍 合 , 然后注入模具中制成产品 。 目前国内外研究最多的是用聚乙烯为母体 , 以木粉 或木纤维作为填充料和增强材料制成复合材料 几 , 也有以木材薄片作为填料进行 复合的 , 。 在用木纤维与聚氯乙烯进行复合时 , 由于组成木材的纤维素 、 半纤维 素 、 木素等含有大量的轻基 , 因而具有很强的亲水性 , 在热塑性塑料含鼠较低时而 水性能较差 同时由于亲水的木材填料与憎水的聚氯乙烯材料的界面间不能很好 的粘合 , 因而在直接使用木粉作为填料以增强热塑性材料时 , 所制成的复合材料 的冲击强度和拉伸强度会显著降低 。 此外 , 由于木材纤维填料具有较高强度的分 子内氢键存在 , 在进行加热混合时它们会聚集在一起 , 易成团 , 使其不能在塑料基 材中均匀分散 , 从而影响复合材料的复合性能 丁 。 因而改善木塑界面间的相容性 及混合的均匀性便是制取优良性能的复合材料的关键 。 天然纤维的特性 天然纤维可 以承受高工业条件下的剧变 , 因此在某些应用领域 , 如船体 、 浴 缸 、 弓箭 , 它可以代替合成材料 。 正在面临天然材料挑战的合成材料是复合材料 用玻纤或纤维增强的塑料 , 为了获得高性能材料 , 和碳纤维为首选 。 这些纤维非常坚韧 、 具有耐高温性 。 但价格昂贵使其应用具有一定的局 限性 。 玻 纤具有很多优点如便宜 、 高强等 。 但最主要的不利因素是玻纤不 , 被生物降解 。 北京化 二 大学 祠盯廿布开 究生学位论文 而天然纤维却有其 自身优越性 , 它们量大 , 一可 重复 , 便宜 , 易回收段具有生物降 解能力 。 它们具有低密度在环境污染方面比合成纤维污染程度低 , 天然地具有难 以置信得坚硬性 。 , 天然纤维的分类及结构 按照原始分类 , 植物纤维可分为韧度纤维黄麻 、 蕉麻 、 亚麻 、 大麻 、 剑麻 也松果 、 西沙而麻 、 螺旋松 、 种子或者果实纤维椰皮纤维 、 棉花 、 油棕 。 纤维素是植物纤维的主要成份 , 纤维素大分子的主要单元是脱水一葡萄糖 , 它包 括个轻基 , 这些轻基在分子之间 。 分子内形成氢键 。 因此所有的植物纤维都有 天然的吸水性 。 常见的纤维 , 如玻璃纤维 , 碳纤维等 。 它们生产出来后可具有一 定范围的性质 , 但天然纤维便有很大不 同 。 天然纤维的纤维素含有不同的天然物 质 , 如木质素和蜡 。 纤维由纤维素微纤组成 , 微纤通过木质素结合在一起 。 天然 纤维的物理性质基本上受化学结构的影响 。 如纤维素含量 , 聚合度 、 取 向 、 结晶 度 , 而这些因素又受植物生长过程中的条件基萃取方法的影响 。 纤维的性质会随 着它来 自植物的不同位置 。 植物本身的质量和生长地点的不同而有很大变化 。 不 同纤维有不同的长度 、 横截面 以及不同的缺陷 , 如小的压制 , 疤痕或者裂缝 。 月 木粉的化学组成 植物纤维的木粉 、 植物木纤维 、 纤维素纤维这三种形式在物理结构和化学组 成上有质的差别 。 木粉粒子己不具有一般纤维的物理形态上的特征 , 如较大的长 宽比值 , 在化学组成上除主要成分纤维素 、 木质素 、 半纤维素外 , 还保留有全部 的其他成分木纤维基本为纤维素 、 木质素 、 半纤维素成分纤维素纤维则为纯 粹的纤维素成分 。 相应地 , 三者共混复合所得到的植物纤维 热塑性树脂在性能 上必然是不同的 。 用于塑料填充的木粉包括锯木 、 刨花 、 木材加工中抛弃的端头 、 木屑 , 利用价值低的芯材和虫子蛀过的木材等经粉碎而成的木粉 , 还有破碎的树 皮粉 , 木材以外的核桃壳 、 花生壳和椰子壳等 , 丰富极了 。 上述物质的物理性质和化学组成 , 因木材的种类不同 、 在植物中的部位以及 生长环境 , 生长条件不同而有差异 。 木粉或木材的比重 。 木质的比重和作为物体的木材的比重是又差别的 , 各种不同树种的木质的比重平均约为克厘米 , 而木材的比重则因干燥方 法和树种的不同而异 , 绝对干燥的木材的平均比重列于表 ” 。 北京 下 七 二 大学 周面创 卜月开 究生学位论文 表绝对千燥木材的比重 树树种种种 松松松松 云云杉 杉杉 桦桦桦桦 山山杨杨杨 碳碳酸钙钙钙 比重 克厘米 。 通 从表的数据可 以看出 , 填充木粉比填充碳酸钙具有成倍的体积增长 , 就 按木质的平均比重克厘米 , 计 , 体积也差不多要增长一倍 。 木粉或木材的化学成分 。 木材的化学成分如表 , 木材的芯材和边材的 化学成分如表 。 表木材的化学成分 木木材的化学成分分云杉杉松松 一一 杨杨杨杨杨杨 一一一一一一 一一一一一一 树树树干干树枝枝树干干树枝枝树 十十树枝 枝 纤纤维素不包括括 刁 产一 一 从竺 一一 一一 一 聚聚戊糖 竺 , , , 木木质素素 产 聚聚戊糖糖 甘甘露聚糖糖无无无无 半半乳聚糖糖 醚醚浸出物物 热热水可溶物物二二 , 灰灰分分 弓 北京化 二 大学硕士 笼开 究生学位论文 表 树种 木材的芯材和边材的化学成分 芯材 白色边材 桦 芯材 黄色边材 纤纤维素不包括聚聚木质素素热水可溶物物 一一 一一 一 一 魂 , , ” 从从 为了使木粉能满足塑料填充的技术要求 , 对它订出了技术规格标准 。 美国技 术规格标准如表 , ” 。 门 州 项目 松密度 生 比重 表美国木粉填料规格 规格 软质木材 , 】 一毫升克 硬质木材 , 一毫升克 软质木材 , 一 加 硬质木材 , 肠一, , , 粒度 湿度 灰分 含量 颜色 外观 丙酮可溶物含 量 油吸收 率 乙醚萃取量 一 礴 目 乏 弓 软质木材 , 浅奶油色 硬质木材 , 浅棕褐色 纤维状 最大 毫升 克 最大 北京化 二 大学 祠丙 士研究生学位论文 木纤维的降解 纤维素很容易降解 。 在共混过程中 , 纤维素受到热机械作用 , 会发生热降 解 , 氧化降解 , 机械降解等 , 其中以热降解和机械降解尤为重要 。 纤维素的热降 解分为四个阶段第一阶段 , 物理吸附水解 第二阶段 , 一 , 某些葡萄糖基开始短裂 第三阶段 , , 月 糖贰键开始断裂 第四阶段 , 大于怕 , 残余部分芳环化 , 形成石墨结构 。 但对植物纤进行红外分析 , 在温 度 一 , 时间一的试验条件下 , 植物纤维红外谱图变化不大 。 说明植物纤维在低于拍具有较好的结构稳定性 。 这对于植物纤维共混加工过 程是有利的 。 热对纤维的破坏 , 还表现在热的时间累计效应 。 在持续不高于 的温度 长时间作用下 , 纤维与聚合度发生了显著的降解 。 纤维的降解对纤维的强度影响 很大 , 纤维聚合度降低到以前 , 纤维的断裂强度和断裂伸长下降很少 , 但在以下 , 机械性能迅速下降 , 到达以下时 , 则不具有纤维特征 。 由表可知 , 木粉通常以纤维素 、 木质素及聚戊糖半纤维素为主要 成分 , 还含有树脂 、 其它有机化合物和水 。 通常将木粉加热时 , 水分首先蒸发 , 然后是木质素易分解部分发生分解 。 在氧气存在下 , 左右时剧烈发烟 , 垂 量减少 , 颜色变暗 。 上述现象称为 “ 烧 ”。 这里不难看出 , 木粉在使用前 适当加热处理 , 以除去水分和部分易挥发及易分解组分 , 避免在加工过程中出现 “ 烧 ” 的现象 , 以保证加工顺利 、 制品光亮 、 色泽正常 、 制品强度高 , 是很有必 要的 。 纤维增强理论 复合材料至少包括两相化学性质差异很大的组分 , 界面相容性很差 , 但用 一 定的方法混合得到的复合材料具有单独组分中不能获得的性能 。 纤维增强复合材料最简单的例子是 , 连续纤维在基体中线性排列 , 这种情况 下 , 复合材料的模量和拉伸强度可以用下面的方程表示 。 , , 一 一 。 一 , 。 , 乙 , 乙 分别代表复合材料 , 纤维 , 基体的拉伸模量 北京化 二 大学硕士研究生学 毛立创仑 文 ,。 分别代表复合材料 , 纤维 , 基体的拉伸强度 是纤维的体积分数 因为所有的纤维不可能完全为线性排列 , 引入方向因子比 , 、 等于在纤维线 性排列方向上应力的合力 。 理论 , 当纤维排列三维无序 , 方 向因子将是 , 当排列为两维无序时为 。 考虑到纤维的长度及取向时 , 提出 , 纤维有一个临界长度 一 。 小于 碑 , 应力无法传递到纤维上 , 纤维起不到增强的作用 哭 。 临界长度与纤维本身及 界面剪切强度有关 弓 纤维直径 界面剪切强度 把临界长度 , 引入方程 , 则有 二 。 , 一 了 十