（材料加工工程专业论文）不同阻烯剂对麦秸纤维回收聚丙烯复合材料性能的影响.pdf

t ， 、 n a 巧i n gu n i v e r s i t yo f a e r o n a u t i c sa n d a s 仃o n a u t i c s t h eg r a d u a t esc h 0 0 1 c 0 1 1 e g eo fm a t e r i a ls c i e n c ea n dt e c 】1 1 1 0 1 0 9 y t h ei n n u e n c eo fd i f | k r e n tn a m e r e t a r d a n c y o nt h e p r o p e r t i e so f w h e a t s t r a w n b e r r e c y c l e dp o l y p r o p y l e n ec o m p o s i t e a 。i h e s l s1 n m a t e r i a lp r o c e s s i n ge n g i n e e r i n g b y l i a l l ge n q u a n a d v i s e db y p r o y a oz h e n 自u n s u b l i 】i t t e dj 1 】p a r t i a 】f 1 “f j l l _ 1 1 1 e n t o ft h ei 沁q u i r e m e n t s f o rt h ed e 铲e eo f m a s t e ro fe n g i n e e n n g m a r c h ，2 0 1 0 承诺书 本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行 的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获 得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名：銎望塞 日期：型! ：兰兰三 南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 天然植物纤维聚合物基复合材料具有价格低廉、环保、可再生等优势，正逐渐成为材料研 究的热点。但热稳定性差、易燃烧是这类材料普遍存在的缺陷，有效的解决方法是加入阻燃剂。 目前，卤系阻燃剂由于对环境危害较为严重，其前景变得不容乐观；无机阻燃剂具有环保、经 济的优势，仍然发挥着重要作用；而膨胀型阻燃剂因克服了早期阻燃剂毒性较大、阻燃效率低 的缺点，正逐渐显示出巨大的发展潜力。 为了推进麦秸纤维回收聚丙烯复合材料产业化应用工作，本课题探索了无机阻燃剂 a l ( o h ) 3 、m g ( o h ) 2 以及膨胀型阻燃剂对麦秸纤维回收聚丙烯复合材料性能的影响。根据总体 设计方案，在探索出添加不同配比阻燃剂的麦秸纤维回收聚丙烯复合材料的加工工艺的基础 上，遥过挤出、造粒、注塑等工艺制成各种配比的试样，并对所制得的试样进行了极限氧指数、 垂直燃烧、热降解性能、力学性能以及微观形貌测试与分析，研究了阻燃剂的加入对复合材料 性能影响规律与机理。结果表明，阻燃剂的加入明显提高了复合材料的阻燃性能，且随着阻燃 剂含量的增加复合材料的拉伸、弯曲、冲击强度呈现先升高后降低的趋势；两种无机阻燃剂 a l ( o h ) 3 和m g ( o h ) 2 同时添加的阻燃效果要明显优于单一添加，当麦秸纤维：p p ：a l ( c h ) 。： m g ( o h ) 2 为1 3 ：5 2 ：1 7 5 ：1 7 5 时，材料在具有突出阻燃性能( 氧指数达到2 8 2 、垂直燃烧级 别达到f v l 级) 的同时，兼有较好的力学性能( 拉伸强度3 1 。3 2 m p a 。弯曲强度3 5 9 7 m p a 、冲 击强度8 9 2 k 耽n 2 ) ；膨胀型阻燃剂的最佳配比为a p p ：p e r 亨2 ：1 ，且膨胀型阻燃剂的添加量在2 5 时复合材料的综合性能最佳( 氧指数达到2 6 。7 、垂直燃烧级别达到f v - l ，拉伸、弯曲、冲击强 度分别提高到3 2 8 m p a 、4 5 7 m p a 和8 7 9k j 】m 2 ) ；断口分析结果说明了阻燃剂对复合材料性能 影响规律的内在机理；热重分析表明阻燃剂的加入有效地阻碍并延缓了复合材料的热分解过程。 以上这些研究结果对麦秸纤维回收聚丙烯复合材料的产业化应用将具有重要的理论与实际参 考价值。 关键词：麦秸纤维，聚丙烯，复合材料，a i p h ) 3 ，m g ( o h ) 2 ，膨胀型阻燃剂 不同阻燃剂对麦秸纤维回收聚丙烯复合材料性能的影响 a b s t r a c t a san e wk i n do fg r e e nm a t e r i a l ，p l a l l tf i b e r p l a s t i cc o n l p o s i t em a t e r i a l sa r eu s e dm o r ea n dm o r e w i d e l y ，d u et oi t sf 1 黼a b i l i 饥t h es t u d i e so fi t sf l 锄e r e t a r d a n ti sv e r yu 曙e n t h a l o g e nn a m e r e t a r d a n tw a st h em a i n s t r e 锄n 姗er e t a r d 觚t 。h o w e v e r ，m e ys e r i o u s l yd oh a m lt ot h ee n v i m n m e n t a n di se l i m i l l a t e dg r a d u a l l y w h e r e a s ，i n o r 髟嘶cn 绷er e t a r d a n tw h i c hd o e s1 i 仕1 eh a n nt oe n v i r o n m e n t p l a y sa ni m p o r t a n tr 0 1 e ，a t 1 es a i n et i m e ，i n t u m e s c e n tf 1 锄er e t a r e 【a m ，w h j c he e e c t i v e l yo v e r c o m e t h es h o r t c o m m g so fh a l o g e nn 锄er e t a r d a n t ，h a sa r o u s e dw i d e l yc o n c e m t op r o m o t et 1 1 e 印p l i c a t i o no fw h e a ts 仃a w 硒e 折e c y c l e dp pc o m p o s i ：t e s ，m ei s s u ei n v e s t i g a t e d m e 加n u e n c eo fd i f f e r e n tn 觚r e t a r d a n t ( s u c ha sa l ( o h ) 3 ，m g ( o h ) 2 ，a p p ，p e r ，m e l ) o nt h e p r o p e r t i e so fw h e a ts 缸- a wf i b e n ，r e c y c l e dp pc o m p o s i t e s a c c o r d i n gt og e n e m lp l a l l ，吐l ep r o c e s s i n g p a r a m e t e r sw e r ei n v e s t i g a t e df i r s t l y ，a n ds a m p l e sw e r em a d ea tav a r i e 够o fr a t i oo fd i 虢r e n tn a m e r e t 莉a n tt 1 1 r 0 i u 曲e x 仃u s i o n ，p e l l e t i n ga n d 坷e c t i o nm 0 1 d m g t 1 1 r o u 曲t h el i m i t e do x y g e ni n d e xt e s t ， v e r t i c a lc o l n b u s t i o nt e s t ，t 1 1 e 彻a 1d e 伊a d a t i o nt e s t ，m e c h a 工1 i c a lp r o p e n i e st e s t ，a n db yo b s e r v i n gt h e m i c r o s t n l c t u r e ，廿1 et h e o r ya b o u t l ei n n u e n c eo nt 1 1 ep r 叩e n i e so fc o m p o s i t e sc a u s e db yn a m e r e t 甜d a n tw a ss t u d i e d ni si 1 1 d i c a t e dt h a tt h ea d d i n go ff l a m er e t a r d a l l ti m p r o v e dt 1 1 ef l a m er e t a r d a n c y o fc o m p o s i t es i g n m c a n t l y ；t 1 1 et e n s i l es 仃e n g m ，b e n d i n gs 仃e n g t l la n di n l p a c ts 骶n g t hw e r ei i l c r e a s e d a tf i r s tw h i l ed e c r e a s e dl a t e ra st h ec o n t e n to fn 锄er e t a r d a n tc o n t i n u e dt or i s e ；m e na 1 ( o h ) 3a 1 1 d m g ( o h ) 2w e r ec o i l l p o u n d e d ，m en 锄er e t a r d a n c yo fc o m p o s i t ew a sm u c hb e t t e rn l a nm a t 谢h e n a d d e ds e p a r a t e l y ；w h e np p ：a 1 ( o h ) 3 ：m g ( o h ) 2 = 1 3 ：5 2 ：1 7 5 ：1 7 5 ，m e c o m p o s i t eh a s a g o o d p 耐o n n a n c eo f b o mf l 锄er e t a r d a n c ya sw e l la sm e c h m l i c a lp r 叩e r t i e s ( a tt l ：1 i sp o 咄龇l o ii s2 8 2 ， a n dm er e s u l to fv e r t i c a lb u r l l i n gb e c o m et of 、，- l ；t e n s i l e s 仃e n g m ，b e r l d i n gs 打e n g t ha r l dm l p a c t s 订e n g t hr e s p e c t i v e l yr o u s eu pt o3 1 3 2 m p a ，3 5 9 7 m p a ，8 9 2 m 2 ) ；w h e na p p ：p e r 寻2 ：1 ，a n d c o n t e n to fi f ri s2 5 ，t h ec o m p o s i t eh a sa 矗n ei 1 1 t e g r a t e dp r o p e r t i e s ( 吐1 el o ii s2 6 7 ，t h er a t eo ft h e v e r t i c a lc o m b u s t i o nt e s ti sf v 二1 ，t h et e n s i l es t r e n g m ，n e x u r a ls 仃e n g t ha n di m p a c ts 仃e n g t l li n c r e a s e d t o3 2 。8 m 呼a ，4 5 7 姗。aa n d8 7 9 耐r e s p e c t i v e l y ) ；t h em e c h 撕s mo ft h e i i l f l u e n c eo nt h e m e c h a l l i c a lp r o p e n i e so fc o m p o s i t e sc a u s e db yf l 锄er e t a r d a n tw a ss t u d i e dt h r o u g h 向m l e ra n a l y s i s b yo b s e i n gt h e1 _ 1 1 i c r o 一纳c t u r e ；t h em e 硼。掣a v i m e t r i ca n a l y s i sa l s oi n d i c a t e dt h a tt l l ea d d 血go f n a i 】r e t a r d a n t 王1 i n d e r e da n dd e l a y e d 协e 也e m a ld e 铲a d a t i o np r o c e s so f c o m p o s i t ee 自睹c t i v e i y t h o s e r e s e a r c hf - m d i n g sh a v ei m p o r t a _ 1 1 tt 1 1 e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lv a l u ef o rt h ea p p l i c a t i o no fw h e a ts t r a w 南京航空航天大学硕士学位论文 f i b e 咖e c y c l e dp pc o n l p o s i t e s k e y w o r d s ：w h e a ts t r a w 舶e r ，p 0 1 y p r 叩y l e n e ，c o m p o s i t e s ，a l ( o h ) 3 ，m g ( o h ) 2 ，h n 岫e s c e mn a m e r e t a r d a m 不同阻燃剂对麦秸纤维回收聚丙烯复合材料性能的影响 南京航空航天大学硕士学位论文 目录 第一章绪论1 1 1 植物纤维聚合物基复合材料的研究，。1 1 1 1 废旧塑料的回收利用1 1 。1 2 植物纤维的性能特点及利用。3 1 1 - 3 植物纤维塑料复合材料的研究现状4 1 2 阻燃剂的研究现状7 1 2 1 卤系阻燃剂一7 1 2 2 无机阻燃剂8 1 2 3 膨胀型阻燃剂9 1 3 本课题的研究意义与研究内容1 0 1 3 。1 研究意义。1 0 1 3 。2 研究内容1 2 第二章试验方案、原料及设备1 3 2 1 试验方案的总体设计。1 3 2 1 1 复合材料的制各方法与工艺1 3 2 1 2 复合材料的性能测试1 4 2 2 主要实验原料1 8 2 2 1 麦秸纤维1 8 2 2 2 废旧聚丙烯一1 9 2 2 3 舢( o h ) 3 一2 0 2 2 4m g ( o h ) 2 2 0 2 2 5 膨胀型阻燃剂。2 0 2 。3 试验设备与仪器。2 1 第三章无机阻燃剂对复合材料性能的影响2 3 3 。1a l ( o h ) 3 对复合材料性能的影响。2 4 3 1 1a 1 ( o h ) 3 的含量对复合材料阻燃性能的影响2 4 3 1 2 妯( o h ) 3 的含量对复合材料力学性能的影响2 5 3 1 3 微观形貌分析2 8 3 1 4 热重分析2 8 不同阻燃剂对麦秸纤维回收聚丙烯复合材料性能的影响 3 1 。5 小结。2 9 3 2m g ( o h ) 2 对复合材料性能的影响2 9 3 2 1m g ( o h ) 2 的含量对复合材料阻燃性能的影响3 0 3 。2 2m g ( o h ) 2 的含量对复合材料力学性能的影响3 1 3 2 3 微观形貌分析3 4 3 2 4 热重分析3 5 3 2 5 小结。3 5 3 3a l ( 0 h ) 3 与m g ( 0 h ) 2 复配对复合材料性能的影响3 6 3 3 1a 1 ( o h ) 3 与m g ( o h ) 2 复配对复合材料阻燃性能的影响3 6 3 3 _ 2a 1 ( o h ) 3 与m g ( 0 h ) 2 复配对复合材料力学性能的影响3 8 3 3 3 微观形貌分析4 0 3 3 4 热重分析4 1 3 3 。5 小结4 1 3 4 不同阻燃剂对复合材料性能影响的比较。4 2 3 5 本章小结4 4 第四章膨胀型阻燃剂对复合材料性能的影响4 5 4 1 阻燃剂配比对复合材料性能的影响。4 5 4 1 1 阻燃性能分析4 5 4 1 2 力学性能分析。4 6 4 1 3 微观形貌分析4 7 4 1 4 热重分析4 7 4 2 阻燃剂含量对复合材料性能的影响4 9 4 2 1 阻燃性能分析4 9 4 2 2 力学性能分析。5 0 4 2 3 微观形貌分析5 2 4 2 4 热重分析5 3 4 3 本章小结5 4 第五章总结与展望5 5 5 1 结论5 5 5 2 展望5 5 参考文献5 7 致谢6 3 在学期间的研究成果及发表的学术论文6 4 v l 南京航空航天大学硕士学位论文 图表清单 图清单 图1 1 膨胀型阻燃剂形成膨胀炭层图解1 0 图2 1 试验方法流程图。1 3 图2 2 氧指数测定仪1 5 图2 3 垂直燃烧测定仪1 5 图2 。4 力学试验标准测试试样。1 6 图2 5 标准冲击试样。1 8 图2 6 热磨提取的麦秸纤维宏观形貌1 9 图2 7 废旧聚丙烯1 9 图2 8c m 3 0 型往复式单螺杆柔性挤出机。2 l 图2 9h t f 8 6 1 型塑料注射成型机2 1 图2 。1 0 麦秸热磨前期加热设备2 2 图2 1 1 高性能磨盘机2 2 图3 1a 1 ( o h ) 3 添加量与复合材料极限氧指数的关系。2 5 图3 2a 1 ( o h ) 3 添加量与复合材料拉伸强度的关系2 6 图3 3a 1 ( o h ) 3 添加量与复合材料弯曲强度的关系2 7 图3 4a l ( o h ) 3 添加量与复合材料冲击强度的关系2 7 图3 。5 添加趟( o h ) 3 后复合材料的冲击断口形貌2 8 图3 6a l ( o h ) 3 不同含量下复合材料的t g 曲线2 9 图3 7m g ( o h ) 2 的添加量与复合材料极限氧指数的关系3 0 图3 8m g ( o h ) 2 的添加量与复合材料拉伸强度的关系3 2 图3 。9m g ( o h ) 2 的添加量与复合材料弯曲强度的关系3 3 图3 1 0m g ( o h ) 2 的添加量与复合材料冲击强度的关系3 3 图3 1 1 添加不同含量m g ( o h ) 2 阻燃剂的复合材料冲击断口形貌3 4 图3 1 2m g ( 0 h ) 2 在不同含量下复合材料的t g 曲线3 5 图3 1 3 无机复配阻燃剂添加量与复合材料极限氧指数的关系3 7 图3 1 4 无机复配阻燃剂含量与复合材料拉伸强度的关系3 8 图3 1 5 无机复配阻燃剂含量与复合材料弯曲强度的关系3 9 图3 1 6 无机复配阻燃剂添加量与复合材料冲击强度的关系3 9 图3 1 7 无机复配阻燃剂不同含量下复合材料的冲击断口形貌4 0 不同阻燃剂对麦秸纤维回收聚丙烯复合材料性能的影响 图3 1 8 无机复配阻燃剂不同含量下复合材料的t g 曲线4 1 图3 1 9 不同无机阻燃剂含量与复合材料极限氧指数的关系4 2 图3 2 0 不同无机阻燃剂含量与复合材料材料拉伸强度的关系4 3 图3 2 1 不同无机阻燃剂含量与复合材料材料弯曲强度的关系4 3 图3 2 2 不同无机阻燃剂含量与复合材料材料冲击强度的关系4 3 图4 1a p p ：p e r 为2 ：1 时复合材料冲击断口形貌4 7 图4 。2i f r 在不同配比下复合材料的t g 曲线4 8 图4 3 r 在不同配比下复合材料的d t g 曲线4 8 图4 4 肽不同含量下复合材料的氧指数5 0 图4 5i f r 含量与复合材料的拉伸强度的关系5 1 图4 6i f r 含量与复合材料的弯曲强度的关系5 1 图4 7 r 含量与复合材料的冲击强度的关系5 2 图4 8i f r 在不同含量下复合材料冲击断口形貌5 3 图4 9i f r 不同含量下复合材料的t g 曲线。5 3 图4 1 0 熙不同含量下复合材料的d t g 曲线5 4 表清单 表1 1 全球阻燃剂消费市场对比7 表1 2 阻燃剂在主要产品中的用量7 表2 1 垂直燃烧g b 4 6 0 9 8 4 测试结果评价依据1 5 表2 2 主要实验设备、型号及生产厂家2 1 表3 1 试样的具体配方2 3 表3 2a 1 ( o h ) ，添加量与复合材料极限氧指数的关系2 4 表3 3a l ( o h ) 3 添加量与复合材料相应的垂直燃烧等级2 5 表3 4a l ( o h ) 3 在不同含量下复合材料的力学性能测试结果2 6 表3 5m g ( 0 h ) 2 的添加量与材料极限氧指数的关系3 0 表3 6m g ( o h ) 2 的添加量与复合材料相应的垂直燃烧等级3 1 表3 7m g ( o h ) 2 添加量与复合材料相应的力学性能测试结果3 2 表3 8 无机复配阻燃剂添加量与复合材料极限氧指数的关系3 6 表3 9 无机复配阻燃剂添加量与复合材料相应的垂直燃烧等级一3 7 表3 1 0 无机复配阻燃剂不同含量下复合材料的力学性能测试结果3 8 表4 1 复合材料组分设计一4 5 不同配比 不同配比 不同含量 南京航空航天大学硕士学位论文 第一章绪论弟一早珀 下匕 在全球面临严重的资源短缺、环境污染和气候变暖的情况下，如何减少以石油为代表的不 可再生能源的使用和拓展天然可再生能源的应用，对于抑制目前日益严峻的资源危机，促进地 球的生态平衡和提高人类的生活质量，具有非常重要的意义。近几年，我国对于环境保护和新 型可再生能源的开发极其重视，“十一五”规划纲要明确提出在该五年计划内单位国内生产总值 能耗降低2 0 左右、主要污染物排放总量减少1 0 ；国务院总理温家宝2 0 0 9 年1 1 月2 5 日主 持召开国务院常务会议，研究部署我国应对气候变化工作，超乎世人想象地决定到2 0 2 0 年我国 控制温室气体排放的行动目标，到2 0 2 0 年中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2 0 0 5 年下降 4 0 4 5 。以上这些都是国家贯彻落实科学发展观，构建社会主义和谐社会的重大举措；是建 设资源节约型、环境友好型社会的必然选择；是推进经济结构调整，转变增长方式的必由之路。 我国作为一个农业大国，每年会产生大量的以麦秸秆为代表的农作物废弃物，但绝大多数 都采用焚烧和填埋方式进行处理，这样不仅污染了环境而且还造成了宝贵资源的严重浪费。同 时，我国作为塑料的生产和消费大国，随着国民经济的高速发展和塑料制品的广泛使用，每年 都会有数以百万吨的废旧塑料制品产生，其中绝大多数不仅得不到有效回收利用而且还带来愈 来愈严重的环境污染。针对以上严重现状，本课题组近几年来积极致力于高附加值的绿色环保 植物纤维回收聚丙烯复合材料基础研发工作，它将来的成功应用不仅具有节能、环保的特点， 而且具有低廉的经济成本优势，完全符合我国的可持续发展、节能减排的政策导向。因此，开 发以麦秸纤维和废旧聚丙烯为原料的新型植物纤维聚合物基复合材料具有极其重要的经济意 义和社会意义。 1 1 植物纤维聚合物基复合材料的研究 1 1 1 废旧塑料的回收利用 ( 1 ) 塑料的广泛应用及其带来的问题 塑料作为用途极其广泛的高分子材料，具有质量轻、加工成型性好、耐腐蚀性强、电绝缘 性好、防震、隔热、吸音性能强等优点，使其被广泛应用于工业建设以及人们日常生活的方方 面面。譬如人们利用塑料的防震性能及吸声性能将其用于制造保险杠、车身装饰等，以减少外 部物体对车身的冲击力，同时也提高了乘坐的舒适性；利用其良好的耐腐蚀性能将其应用于化 工管道、容器等制品；利用塑料的白润滑特性，将其应用在禁止使用润滑剂的一些结构制品领 域，如食品包装、纺织品、生活用拉链、医药包装等；利用其电绝缘特性，将其应用于电池壳 体、接线盒、开关、护套电缆、护套管等领域。除此之外，塑料还被广泛地用作包装材料如啤 酒瓶、包装袋、包装薄膜、热灌装瓶等；建筑材料如排水管、热水管、型材、板材、片材、地 不同阻燃剂对麦秸纤维回收聚丙烯复合材料性能的影响 板等：农用材料如地膜、棚膜、灌溉管等；日用品如桌子、椅子、皮箱、雨衣、皮带等。近三 十年来，随着我国国民经济的高速持续发展，塑料在生产生活各个领域的应用不断拓宽，从生 活用品到生产设备，从民用制品到军用器械，无处不包含着塑料的存在。而且可以预见，塑料 制品在国民生产生活中的应用还正在不断扩大。 然而，塑料在得到广泛应用发挥重要作用的同时，也带来了新的环境与社会问题。由于塑 料制品易破损、易老化、难降解，随着其大范围、大批量的使用，尤其是一次性产品的使用， 导致废旧塑料急剧产生。有关统计表明【1 1 ，包装材料、农膜、塑料袋的年废弃率平均为3 9 ； 日杂用品、儿童玩具等年废弃率平均为2 6 ；汽车零件、电气制品年废弃率平均为2 5 ；建材、 家具年废弃率平均为1 6 。，占塑料总量7 0 8 0 的通用性塑料，在两年内废弃的比率高达4 0 ， 我国大中城市每年产生废旧塑料总量约为2 4 肚4 8 0 万吨，这些不能被自然消纳的塑料废弃物日 益增多，不仅严重污染了环境，而且造成了大量宝贵资源的浪费。因此，废旧塑料的合理处置 对于环境保护及可再生资源开发的重要性日益突出，在我国大力提倡构建和谐社会、可再生资 源利用和节能减排的政策导向下，开发有效的废旧塑料利用技术已成为亟待解决的问题。 ( 2 ) 聚丙烯的性能特点及回收利用 本课题是采用回收聚丙烯为基体、麦秸纤维为增强相，故下面将简要介绍一下聚丙烯的性 能特点以及回收利用情况。 聚丙烯是由丙烯单体通过气相本体聚合、淤浆聚合、液态本体聚合等方法而制成的聚合物， 简写为p p ( p 0 1 ) ，p r o p y l e n e ) 。按结构不同聚丙烯可分为等规、间规及无规三类，目前应用的主 要为等规聚丙烯，用量可占9 0 以上。 聚丙烯树脂为无味、无毒的白色蜡状物固体，它的密度很低，在o 8 9 0 9 2 9 c m 3 之间，是 塑料材料中除4 一甲基一1 一戊烯( p 4 m p ) 之外最轻的品种；聚丙烯的综合性能良好，原料来源广泛丰 富、生产工艺简单，电绝缘性和化学腐蚀性优良、力学性能和耐热性在通用热塑性塑料中最高、 耐疲劳性好、价格在所有树脂中最低；经过玻璃纤维增强的聚丙烯具有很高的强度，性能接近 工程塑料，常用做工程塑料；另外，聚丙烯的加工性能优良，吸水率低，成型加工前不需要对 粒料进行干燥处理，一次成型性能优良，可采用多种加工方法生产出不同的制品用于各种用途。 聚丙烯的缺点为低温脆性大、极易燃烧、透明性较差、对缺口敏感、不耐磨和易老化，而且聚 丙烯表面极性低，耐化学药品性好，导致其印刷、黏结等二次加工性差【2 】。 2 0 0 0 年全球塑料的生产量达1 7 亿吨，其体积大大超过了同年生产的钢材体积，而聚丙烯 ( p p ) 作为五大通用塑料中发展最快的一种塑料，其用量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯，国内消费 量仅次于聚乙烯位列第二位，并广泛应用于工业建设及人们日常生活的方方面面【3 】。 聚丙烯的注塑制品用量很大，一般的日用品以普通的聚丙烯为主，在日常生活领域诸如洗 衣机、洗碗机、饮料壳、餐具以及家具等方面，p p 凭借其优异的卫生性、耐化学药品性和很高 2 南京航空航天大学硕士学位论文 的性价比使得其用量迅速增加。在工业领域，p p 经填充、增强、共混改性后具有阻燃、高抗冲 等特殊性能，作为原料制造汽车、电器、仪表等工业配套零部件等，如汽车保险杠、仪表板、 方向盘蓄电池外壳、风扇叶片、空调壳等，其中8 0 以上用于生产汽车保险杠【4 】。p p 凭借其质 轻、耐腐蚀、设计自由度大等特点，越来越受到广大汽车制造商的青睐。有资料显示，国外工 艺发达国家每辆汽车塑料用量已达2 0 0 埏，约占整车质量的2 0 ，汽车中塑料用量的比重已成 为衡量汽车制造业技术水平的一个重要标志【5 】。 随着我国聚丙烯用量的不断增加，废旧p p 的数量也在逐年增加，如何处理这些废旧p p 成 为日益严峻的环境和社会问题。目前，对废旧p p 的处理方法主要是焚烧和填埋以及回收再利 用。但焚烧和填埋的方法均存在较大的缺点，其中，焚烧法处理对焚烧炉要求较高，生成的反 应物会对水体和大气造成污染；填埋法处理则因聚丙烯难以被降解而成为永久垃圾。 进入2 1 世纪后，随着人们环保意识的增强和废塑料回收利用技术的快速发展，回收再利用 已逐渐成为最理想的处理废旧p p 方法。废旧p p 的回收技术主要包括废旧p p 焚烧的热能回收和废 旧p p 的高温催化裂解技术，以及将其资源化的直接再生利用和改性回收利用技术，回收p p 被用 于制造汽车保险杠以及防滑板等塑料制品【6 母 。p p 具有相对低廉的价格，较为稳定的化学性质以 及较低的密度，利用废旧p p 代替树脂作为复合材料基体，采用植物纤维对其进行增强改性制成 的复合材料是一种新型环保绿色复合材料，并且是目前废旧p p 在复合材料中应用的一个新的趋 势阻12 1 。 1 1 2 植物纤维的性能特点及利用 植物纤维主要是指一年生或多年生植物的种子、茎、叶子及韧皮中所含有的纤维，它是自 然界最为丰富的天然高分予材料。植物纤维按其来源可分为种子纤维、茎杆类纤维、叶纤维以 及韧皮纤维。如棉纤维、椰纤维属于种子纤维，木纤维、竹纤维以及草茎纤维等属于茎秆类纤 维，剑麻纤维、波罗麻纤维等属于叶纤维，亚麻纤维、黄麻纤维等属于韧皮纤维。植物纤维的 化学组成主要为纤维素、半纤维素、木质素、果胶及蜡质等成分，其中纤维素是主要成分，它 是由d 葡萄糖基通过p ( 1 ，4 ) 苷键连接起来的起骨架作用的线型高分子聚合物，是提供植物 纤维力学性质的主要成分。半纤维素是与纤维素紧密连接的起粘结作用的物质，它主要由己糖、 甘露糖、半乳糖、戊糖等组成。木质素是一种具有芳香特性的、结构单元为苯丙型的、三维空 间立体结构的高分子化合物，其含量多少影响植物纤维的性能 1 3 1 。 由于植物纤维具有质量轻、长径比大、比强度高、比表面积大、密度低及可生物降解等优 点，因此可谓是重要的生物资源，尤其是农作物废弃物秸秆纤维。据统计，我国每年有5 亿吨农 作物秸秆产生 14 1 ，这些秸秆由于具有绿色、环保、可再生等优势，因此蕴含着极高的利用价值。 尤其在不可再生资源曰渐枯竭的今天，充分挖掘植物纤维资源的潜力，发挥其独特的功能和优 势，开发新的应用领域，成为当今引人注目的研究及应用热点。 不同阻燃剂对麦秸纤维回收聚丙烯复合材料性能的影响 譬如植物纤维中的麻纤维、木纤维、竹纤维、椰纤维、麦秸纤维，正在代替合成纤维如玻 璃纤维作为塑料增强体，这一方面开发了植物纤维利用的新途径，提高了自然资源的利用率， 解决了因填埋或焚烧而引起的环境污染问题，另一方面植物纤维所制备的复合材料是一种与生 态环境相协调、可被降解、对环境有一定净化和修复功能的环保材料。在纺织工业领域，植物 纤维被广泛开发用作纺织原料，如竹纤维以其天然赋予的吸湿性、悬垂性、染色性、会“呼吸”、 抗菌除臭和抗紫外线功能，被业内专家评为是“2 1 世纪最具有发展前景的健康面料”，已广泛用 在生产内衣、t 恤、衬衣、高档时装、口罩、浴巾、浴衣、毛巾及床上用品等制品；菠萝纤维 经过深加工处理后，其强度比棉高，外观洁白、柔软爽滑，手感如蚕丝，生产的织物容易印染、 吸汗透气、挺括不起皱、穿着舒适，被用于制作各种中、高档西服、衬衫、旗袍、领带等。亚 麻类织物以其滑爽、透气、古朴、自然的特点受到消费者的青睐，称其为未来“绿色纺织品”的 主角；香蕉纤维轻且有光泽、吸水性高，可用于制成窗帘、毛巾、床单等，与棉纤维混纺织物 可制作牛仔服、网球服以及外套等。植物纤维还因其独特的性能被广泛的应用于生产汽车内饰 材料、家庭用品、医药卫生用品、农田地膜、土工布、包装材料等。如采用麻纤维代替化学纤 维开发汽车用地毯底布、地毯、内壁装饰、汽车窗帘等，不仅可达到绿色、环保的目的，而且 采用麻纤维代替化学纤维作为汽车内饰材料，火警后可使乘客有更充分的逃生机会；采用麻纤 维作为汽车坐垫材料，可大大改善座椅的微气候，提高乘坐的舒适性，同时具有抗菌、保健等 功能；菠萝纤维生产的针刺非织造布可用作土工布，用于水库、河坝的加固防护。 本课题是采用麦秸纤维来增强回收聚丙烯基体。麦秸纤维原料麦草属于禾本科植物，不同 于木材原料，麦草秸秆主要由表皮组织、基本薄壁组织和维管组织构成。表面所形成的角质层 为脂肪性化合物，表面光滑，胶液和塑料熔体难于浸入。纤维细胞主要生长在维管束中，从细 胞组成看，麦秸的纤维细胞占6 2 1 ，薄壁细胞占2 9 4 ，导管占4 8 ，表皮细胞占2 。3 ，另 有1 4 其它杂细胞。 麦秸纤维长度较短，一般有2 删n 左右，直径变化不大，约有1 5 肌m ，因此被称为等距纤维， 绝干密度为0 3 5 o 3 9 c m 3 ，但切碎后的堆积密度很低，只有0 0 6 6g c m 3 ，而术材刨花为0 6 5 0 7 0 9 c l n 3 。麦秸纤维的拉伸强度约为5 8 1 3 0 m p a ，拉伸模量约为7 g p a 1 5 】。麦秸纤维作为纯天 然材料也有它的缺点，麦秸纤维容易吸水受潮，而且很容易发生热降解，对纤维强度影响很大。 麦秸半纤维素中聚戊糖含量相当于阔叶材聚戊糖的最高值。灰分远高于木材且灰分中6 5 以上 是s i o ：，这些物质不仅会影响纤维间的胶结性能，而且对加工工具造成很大的磨损。麦秸纤维 的热水抽出物含量也较高，其中含有果胶质、淀粉等。l n h 抽出物含量比木材高1 倍，表 明麦秸中低聚糖含量高。麦秸p h 值为6 3 7 ，比一般木材偏高。 1 。1 。3 植物纤维塑料复合材料的研究现状 植物纤维塑料复合材料是以热塑性塑料( 如聚乙烯、聚丙烯等) 为基体，利用植物纤维( 包 4 南京航空航天大学硕士学位论文 括麻纤维、木纤维、秸秆纤维等) 作为增强体，应用植物纤维改性、塑料改性以及改善界面相 容性等技术手段，把天然植物纤维、塑料与助剂一起熔融、混炼制成具有一定形状型材的一种 新型复合材料 1 昏19 1 。 ( 1 ) 国内研究现状 近几年，国内在植物纤维塑料复合材料的开发方面以麻纤维、竹纤维、木纤维作为增强材 料的居多，同时也有科研人员利用秸秆纤维作为塑料增强材料进行研究。苏州大学的杜兆芳 2 0 】 等人研究了黄麻纤维聚丙烯复合材料的力学性能，取得了较好的效果；中南林业科技大学材料 科学与工程学院的曹勇【2 l 】等人对竹纤维、各种麻纤维以及甘蔗纤维等天然纤维增强不同树脂的 绿色复合材料的制备工艺进行了探索；南京林业大学的张庐陵、张沂泉等人采用热模成型的方 法制备竹属粉酚醛树脂复合材料，并对其力学性能特点