油茶壳粉聚丙烯复合材料.doc

项目名称油茶壳粉/聚丙烯复合材料力学性能研究油茶壳/高分子基复合材料的研究项目来源自主立题 教师指导选题起止时间自 2010 年11 月至 2011 年 11 月 申请金额1000元申请人情况姓名胡腾芳性别女出生年月1989.05民族汉学院材料工程学院专业化学工程与工艺年级2008项目组成员情况姓名性别出生年月学院专业年级签字胡腾芳女1989.05材料工程学院08化学工程与工艺郑珍黎女1989.03材料工程学院08化学工程与工艺张利金男1989.02材料工程学院08化学工程与工艺徐丽平女1990.11材料工程学院09化学工程与工艺指导教师情况姓名黄 彪职称教授、博导所在学科化学工程与技术学院材料工程学院E-mail 电话88160598签字附件4福建农林大学大学生创新性实验项目结题报告书项目完成及取得的成果情况：（限500字以内）将油茶壳粉（OTS）和聚丙烯/聚乙烯分别按照一定比例混合后，在不加偶联剂的条件下，将其按国家标准注塑成型，通过对OTS/PP和OTS/PE复合材料的力学性能（拉伸性能、冲击性能、弯曲性能）等进行了研究。结果表明，随着OTS用量的增加，OTS/PP及OTS/PE复合材料的弯曲模量随OTS用量的增加而增加，但弯曲强度、拉伸强度、冲击韧性及断裂伸长率降低。当OTS含量为30%时，OTS/PP复合材料的弯曲模量为1184.04GPa，比纯聚丙烯（PP）的弯曲模量785.33GPa提高了50.77%。从总体上看，OTS/PP复合材料的拉伸性能和冲击性能比OTS/PE复合材料的要好。油茶壳粉（OTS）加入量为30%时，复合材料的综合性能最佳。由此表明，在未加入偶联剂时，油茶壳粉与PP或PE树脂基体可以较好的粘结在一起，由此也证明了油茶壳粉中含有的亲油基团，在一定程度上可以起到偶联剂的作用。由此表明，在没有偶联剂的情况下，油茶壳粉与PP或PE树脂基体亦可较好复合，从而证明油茶壳中的亲油性官能团，在复合过程中起到了偶联作用，因此其在一定程度上可充当偶联剂的功能。 本课题的研究为油茶壳在高分子复合材料的应用方面，以及油茶壳高品位资源化综合利用方面提供了科学依据。经费使用情况：原料费：300元 实验辅助费：100元材料检测费：500元 其他：100元总计：1000元学院专家评价意见： 专家签名 ： 年 月 日学院意见：同 意 结 题！ 分管院长签名： 2011年10月28日教务处审核意见： 教务处盖章年 月 日附件2：聚丙烯/油茶壳粉复合材料力学性能研究但论文中OTS/PP，OTS/PE复合材料。油茶壳/高分子基复合材料力学性能研究该文章进一步修改补充后，投林业科学刊物。题目：油茶壳/聚丙烯复合材料力学性能研究（只写与PP复合的数据的研究。）福建农林大学 胡腾芳 郑珍黎 张利金 徐丽平（福建农林大学材料工程学院化学工程系 福建福州 350002 作者简介：胡腾芳（1989-）、女，福建龙岩，本科在读，化学工程与工艺。郑珍黎（1989-）、女，福建三明，本科在读，化学工程与工艺。张利金（1989-）、男，福建三明，本科在读，化学工程与工艺。徐丽平（1990-）、女，福建泉州，本科在读，化学工程与工艺。）指导教师：黄彪教授摘要：在不添加偶联剂的条件下利用塑料注塑成型机等制备油茶壳粉聚丙烯/聚乙烯复合材料，并研究了不同含量油茶壳粉（OTS）对复合材料流变性、弯曲强度、弯曲模量、冲击吸收功、冲击韧性、拉伸强度、断裂伸长率的影响，并对两种复合材料的力学性能进行了比较。结果表明：与纯PP/纯PE相比，不同含量油茶壳粉与纯PP/纯PE制得的复合材料对弯曲强度影响并不大，但随着油茶壳粉含量逐渐增加，所制得的复合材料在冲击吸收功、冲击韧性、拉伸强度、断裂伸长率方面都呈下降趋势，唯有弯曲模量随油茶壳粉含量的增加而增强。而当油茶壳粉含量达到60%时，复合材料并不能很好地成型。关键词：油茶壳粉； PP；PE；复合材料；力学性能；加工成型当今社会随着人们生活水平的提高，单一材料或简单复合材料在很多情况下无法满足人们的需要，科学工作者做了很多努力，通过两种或多种材料进行混合，依据组分及其含量，复合结构类型的不同，得到不同的复合材料，以提高或改善复合材料的某些性能，满足人们的各种需求。油茶具有很高的综合利用价值，茶籽粕中含有茶皂素、茶籽多糖、茶籽蛋白等，它们都是化工、轻工、食品、饲料工业产品等的原料，油茶壳就是其果实的外壳，茶籽壳还可制成糠醛、活性炭等 ，茶壳还是一种良好的食用菌培养基。在过去，油茶壳都被当作废物遗弃掉，它所含有的价值一直没有被二次回收利用起来，本文综合利用油茶壳粉对纯PP/PE某些性能的优点，将油茶壳粉分别与纯PP和纯PE混合制取其复合材料，研究了复合材料的流变性、弯曲强度、弯曲模量、冲击吸收功、冲击韧性、拉伸强度、断裂伸长率与油茶壳粉含量的关系，并对两种复合材料的性能进行了比较。一、实验部分1.原料PP，K8303，中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司；PE，DMDA8008，独山子石化集团；油茶壳粉，60目，福建农林大学茶叶研究所。2.试验仪器与设备表1 主要设备一览表设备名称规格型号生产厂家微机控制电子万能试验机CMT 6104型深圳市新三思计量技术有限公司真空干燥箱DZF-6020型上海慧泰仪器制造有限公司摆锤冲击试验机ZBC-25B型深圳市新三思材料检测有限公司转矩流变仪XSS-300型上海科创橡塑机械设备有限公司强力塑胶粉碎机PC-400A型潮州市龙河塑胶机械有限公司塑料注塑成型机HY-500型宁波海鹰塑料机械有限公司3.复合材料的制备将油茶壳粉使用前在108 C烘箱中干燥24h，以除去颗粒表面吸附的水分，以便油茶壳粉在树脂基体聚合物中的分散并减少团聚。将油茶壳粉分别与PP和PE按比例1：9、3：7、6：4（质量比）混合均匀，一共六组，接着投入转矩流变仪密炼，并把密炼好的混合物用粉碎机粉碎成绿豆般大小，置于烘箱中干燥8h。干燥完用HY-500塑料成型机分别将其按国家标准注塑成型，同时注塑纯PP和纯PE作为对照组。注塑时射嘴、料筒一段、二段、三段的温度依次设定为195 C、190 C、180 C、160 C，射胶一段二段的压力分别为70bar、60bar。4.性能测试拉伸性能：按GB/T 10401992测试；弯曲强度：按GB/T 93411988测试；冲击性能：按GB/T 10431993测试；流变性能用转矩流变仪测试，温度为185 C，转速为40rpm。二、结果与讨论1. OTS用量对复合材料流变性能的影响图1示出了OTS用量对OTS/PP复合材料扭矩的影响。从图1可以看出，在混炼转速为40rpm下， OTS用量为10%时，复合材料的混炼最大扭矩最高，为79.3Nm，且到达最大扭矩时间短；OTS用量为30%和60%时，复合材料的最大扭矩降低至31.5Nm，且到达最大扭矩的时间延长很多。图1表明，随着油茶壳粉（OTS）含量的增加，复合材料的混炼变得困难，但混炼均匀以后，复合材料的平衡扭矩相差不大1。2.OTS用量对复合材料力学性能的影响（1） 对弯曲强度的影响图2是OTS用量对OTS/PP，OTS/PE复合材料弯曲强度的影响。从图2可看出，随着OTS用量的增加，两种复合材料的弯曲强度均略微下降；OTS/PP复合材料的弯曲强度总体上较OTS/PE复合材料的弯曲强度大。（2）对弯曲模量的影响图3是不同OTS含量对两种复合材料的弯曲模量的影响。从图3可以看出，OTS/PP复合材料随OTS用量的增加先减小后上升，而OTS/PE复合材料随OTS含量的增加而增加。当OTS含量为30%时，OTS/PP复合材料的弯曲模量为1184.04GPa，比纯聚丙烯（PP）的弯曲模量785.33GPa提高了50.77%。由此可知，加入30%OTS以后，复合材料抵抗弯曲变形的能力提高了。这是由于油茶壳粉中含有大量亲油基团，可与PP基体发生强烈粘结，从而提高了复合材料抗弯曲的能力。 （3）对冲击吸收功和冲击韧性的影响图4、图5是不同OTS用量两种复合材料冲击吸收功、冲击韧性的影响。从图4、图5可以看出：OTS/PP复合材料的冲击吸收功和冲击韧性随OTS含量的增加而变化一致，都是先减小后增大再减小；而OTS/PE复合材料的冲击吸收功和冲击韧性随OTS含量的增加而减小。这是因为作为分散相的油茶壳粉不能终止裂纹或产生吸收冲击能，而使基体中产生应力集中，填充体系的体系增加，冲击性能下降。随着填料油茶壳粉填充量的增加，其所占的体积比例增大，同时油茶壳粉分散性变差，颗粒堆砌严重，不仅提供了更多的应力集中点，而且严重影响了作为主要受力部分的PP或PE基体的连续性，另外，纤维素分子本身不易发生运动，当受到外力作用时，不能依靠改变结构来吸收冲击能量，即冲击吸收功也随之下降。因此，随着油茶壳粉含量的增加，复合材料的韧性降低，冲击强度下降。但相比之下，OTS/PP复合材料总体上要比OTS/PE复合材料的冲击性能好。 （4）对拉伸强度的影响从图6可以看出，随着OTS用量的增加，两种复合材料的拉伸强度下降。其原因可能是：随着OTS用量的增加，纤维含量也增加，纤维素中的羟基容易形成分子内及分子间氢键，使纤维在体系中分散不均；另一方面，由于OTS密度较小，随着OTS填充量的增加，容易出现纤维的团聚现象，使其熔体流动性降低，成型困难，聚集的颗粒引起材料的应力集中及产生缺陷的几率增大，降低了树脂基体产生塑性变形的能力。而OTS/PE复合材料比OTS/PP复合材料的拉伸强度下降得快，这是由PP和PE各自的性能和结构所决定的。（5） 对拉伸强度的影响图7是不同OTS含量对两种复合材料断裂伸长率的影响。从图7可以看出，随着OTS含量的增加，两种复合材料的断裂伸长率都降低。当OTS用量达到25%时，OTS/PP复合材料断裂伸长率的下降幅度变缓。实际上，作为一种典型的热塑性塑料，PP或PE在断裂时具有较高的伸长率，加入OTS以后，由于OTS的的刚性作用，使复合材料的伸长率降低。三、总结在未加偶联剂的条件下，随着OTS用量的增加，OTS/PP及OTS/PE复合材料的弯曲模量随OTS用量的增加而增加，但弯曲强度、拉伸强度、冲击韧性及断裂伸长率降低。总体上看，OTS/PP复合材料的拉伸性能和冲击性能比OTS/PE复合材料的要好。说明在一定程度上，油茶壳粉中的亲油基团可以起到偶联剂的作用。油茶壳粉（OTS）加入量为30%时，复合材料的综合性能最佳。参 考 文 献1 Nabi D，Saheb J，Jog PNatural fiber polymer composites：A reviewJAdvances in Polymer Technology，1999，18（4）：351-3632 高华，宋永明，王清文，韩振，张明丽 木纤维PP/PE共混物复合材料的流变和力学性能J Journal of Forestry Research， 2008，（04）3 Geng Y，Simonsen JInvestigation of polyaminoamide-epichlorohydrin/stearic anhydride compositesJJournal of Applied Polymer Science，2006，99（3）：7127184 Kuan C F，Ma