模压成型的杨木纤维/高密度聚乙烯复合材料蠕变性能和蠕变模型

采用长为850~2 000 μm的杨木纤维(PWF)增强高密度聚乙烯(HDPE), 利用模压成型法制备了PWF/HDPE复合材料, 对其进行了弯曲力学性能测试、无缺口简支梁冲击强度测试、24 h弯曲蠕变-24 h回复性能测试、1 000 h蠕变性能测试及蠕变后残余弯曲力学性能测试, 并利用两参数指数模型、Findley指数模型及四元件Burgers模型拟合蠕变曲线。结果表明: PWF/HDPE复合材料的弯曲强度为21.14 MPa, 弹性模量为2.31 GPa, 无缺口冲击强度为6.77 kJ/m2;24 h形变为0.803 mm, 24 h回复率为78.46%, 蠕变后弯曲强度下降了6.45%, 而弹性模量增加了8.95%;1 000 h形变为0.809 mm, 蠕变后弯曲强度保留了72.35%, 弹性模量增加了10.67%;3种模型中, 四元件Burgers模型拟合PWF/HDPE复合材料蠕变性能的效果较好。      

活性炭/高密度聚乙烯复合材料的力学性能

以稻壳为原料,以H₃PO₄、KOH、ZnCl₂为活化剂在600℃条件下制备三种活性炭,以生物炭、三种活性炭为填料填充高密度聚乙烯(HDPE)制备生物炭/HDPE复合材料和活性炭/HDPE复合材料,并对其力学性能进行测试和分析。结果表明,活性炭比生物炭具有更高的比表面积和发达的孔隙结构,其中经H₃PO₄活化制备的活性炭比表面积最高,为714.27 m2/g;活性炭/HDPE复合材料比生物炭/HDPE复合材料具有更佳的力学性能,相对于其他材料而言,经H₃PO₄活化制备的活性炭/HDPE复合材料具有较佳的弯曲性能、拉伸性能、刚性、弹性、抗蠕变性能及抗应力松弛能力,其弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、拉伸模量分别为38.66 MPa、2.46 GPa、32.17 MPa、1.95 GPa。本研究可为活性炭的材料化利用提供有益的借鉴经验。      

木质素磺酸钙/高密度聚乙烯复合材料的力学性能

采用木质素磺酸钙（CL）填充高密度聚乙烯（HDPE）制备CL/HDPE复合材料,利用SEM、DSC、XRD对CL/HDPE复合材料进行表征,并对其强度、蠕变行为及应力松弛等力学性能进行测试。结果表明,CL/HDPE复合材料具有良好的结合界面和热稳定性;CL的加入可以提高CL/HDPE复合材料的弯曲强度,但对其冲击强度会产生不利影响;CL含量的增加有利于提高CL/HDPE复合材料的抗蠕变性能和抗应力松弛能力,而温度的升高会对CL/HDPE复合材料的蠕变行为和应力松弛产生不利影响。      

纳米MgO/高密度聚乙烯复合材料的性能

通过熔融共混法制备了纳米MgO/高密度聚乙烯(nano-MgO/HDPE)复合材料, 并对该复合材料的力学性能进行了测试, 用SEM对nano-MgO在nano-MgO/HDPE复合材料中的分散情况进行了观测, 通过紫外可见光谱研究了复合材料的紫外屏蔽性能, 通过TG研究了复合材料的热稳定性, 通过DSC研究了复合材料的结晶性能。结果表明:虽然nano-MgO的引入使HDPE的热分解温度有所降低, 但nano-MgO的引入提高了HDPE的冲击强度、弯曲强度及紫外屏蔽性能。当nano-MgO含量为2wt%时, nano-MgO/HDPE复合材料的冲击强度比纯HDPE高14%。当nano-MgO含量为4wt%时, nano-MgO/HDPE复合材料的弯曲强度比纯HDPE高18%。nano-MgO在nano-MgO/HDPE复合材料中的分散均匀, 且nano-MgO的引入可以促进HDPE的结晶。      

聚乙二醇改性相变微胶囊制备MicroPCMs-WF/HDPE复合材料物理力学性能

以正十二烷醇（DA）为芯材,密胺树脂（MF）和聚乙二醇改性密胺（PMF）树脂为壁材制备了相变微胶囊（MicroPCMs）,并分别添加到木粉/高密度聚乙烯（WF/HDPE）复合材料中,获得了具有相变蓄热能力的MicroPCMs-WF/HDPE复合材料。采用SEM、FTIR和纳米压痕等方法对MicroPCMs的表面形态、力学性能进行了分析与表征,同时对MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的物理力学及热性能进行了测试。结果表明:经聚乙二醇改性后,改性微胶囊（PMF-MicroPCMs）的弹性模量和硬度较未改性微胶囊（MF-MicroPCMs）分别增加了13.9%和30.0%;MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的熔融温度区间（22.2~28.7℃）满足人体舒适温度范围,较纯WF/HDPE复合材料温度变化速率明显减缓;相比纯WF/HDPE复合材料,MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的吸湿性、冲击强度和表面硬度增加,弯曲和拉伸性能下降;PMF-MicroPCMs-WF/HDPE复合材料的性能均优于MF-MicroPCMs-WF/HDPE复合材料,且达到了木塑装饰板材的力学性能标准要求。      

高填充稻壳/HDPE复合材料物理和力学性能的研究

为了研究高填充稻壳粉对于稻壳/HDPE复合材料理化性能的影响,分别对4种高木塑比(5∶5、6∶4、7∶3和8∶2)复合材料的力学性能、吸水性能和热线性膨胀系数进行了测试。结果表明,当木粉含量从50%增加到70%时,复合材料的弯曲强度、弯曲模量、冲击强度和尺寸热稳定性增加,但是拉伸强度和防水性能逐渐下降。通过比较,发现木塑比为6∶4时,复合材料的综合性能最佳,其次为5∶5和7∶3。当木粉含量为80%时,尽管该复合材料有更好的尺寸热稳定性,但是由于复合材料的力学性能和防水性能较差,已不适用于制备木塑复合材料。     

Kevlar纤维-木粉/HDPE混杂复合材料的制备与性能

Kevlar纤维(KF)经氢化钠活化后与3-氯丙烯和3-氯丙基三甲氧基硅烷反应进行表面接枝改性,然后与木粉和高密度聚乙烯(HDPE)熔融复合制备了KF-木粉/HDPE混杂复合材料(KWPCs)。利用扫描电镜(SEM)、光电子能谱(XPS)、红外光谱(FT-IR)等方法对改性KF进行了表征,考察了KF用量及分布形态对KWPCs力学性能的影响。结果表明,将烯丙基和三甲氧基硅丙基同时接枝到KF表面,能改善KF与基体HDPE的界面相容性;与未添加KF的木粉/HDPE复合材料相比,添加少量(2%～3%)接枝改性处理的KF能明显改善KWPCs的拉伸和弯曲性能,同时抗冲击性能得到显著提高。     

四种植物纤维/高密度聚乙烯木塑复合材料耐海水腐蚀性能比较

为比较桉木、杨木、竹粉和稻壳为改性相的高密度聚乙烯（HDPE）基四种木塑复合材料耐海水腐蚀性能,对其进行模拟海水加速腐蚀试验,测试四种HDPE基木塑复合材料腐蚀前后力学性能和色差值,分析其腐蚀前后微观形貌和官能团变化。结果表明:模拟海水腐蚀导致四种HDPE基木塑复合材料两相结合质量变差（裂隙和空洞增多）,力学性能下降,色差值变大（桉木/HDPE、杨木/HDPE和稻壳/HDPE复合材料趋于变白、变黄和变绿,竹粉/HDPE复合材料趋于变白、变蓝和变绿）,羟基含量增多。模拟海水腐蚀21天,四种HDPE基木塑复合材料弯曲强度和弯曲模量降幅为:桉木/HDPE复合材料分别为12.94%和23.18%;竹粉/HDPE复合材料分别为15.45%和23.20%;稻壳/HDPE复合材料分别为18.53%和25.15%,杨木/HDPE复合材料分别为18.52%和34.21%。模拟海水腐蚀后,力学性能下降和颜色变化及断面裂隙和孔洞缺陷最少的是桉木/HDPE复合材料,最多的是杨木/HDPE复合材料。      

不同生物酶改性处理对麦秸秆纤维/高密度聚乙烯复合材料性能的影响

以麦秸秆纤维(WF)和高密度聚乙烯(HDPE)为原料，利用混炼和注塑成型的方法制备WF/HDPE复合材料。考察了木聚糖酶、漆酶、脂肪酶、木聚糖酶与脂肪酶复合处理对WF/HDPE复合材料力学性能、热稳定性、吸水率的影响，通过FTIR分析了酶处理前后的WF化学官能团变化，利用SEM观察了酶处理前后的WF表面形貌和WF/HDPE复合材料拉伸断裂面。结果表明:当WF/HDPE复合材料经木聚糖酶与脂肪酶复合处理后，吸水率最低且WF/HDPE复合材料的力学性能最好，其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量分别达到23.4 MPa、34.0 MPa、1 944.6 MPa；TG结果表明WF/HDPE的热分解过程分两个部分:WF的分解过程和HDPE的分解过程，酶能有效提高WF/HDPE的热稳定性；FTIR显示经酶处理后，WF的羟基振动峰微弱减小，在1 706~1 290 cm?1处光谱上出现部分小峰，SiO₂的振动峰变得平缓；SEM显示经酶处理后，WF表面变粗糙，WF与HDPE结合紧密，其中经木聚糖酶和脂肪酶共同处理后两者界面结合性能最好。      

SMC晶须增强高密度聚乙烯复合材料的拉伸性能

采用一种新型SMC晶须纤维增强HDPE制备出SH复合材料,并运用扫描电镜(SEM)、动态机械力学分析(DMA)等方法对复合材料的拉伸性能进行了研究,并在此基础上进一步研究了材料在高温下的长期拉伸蠕变性能。结果表明:与纯HDPE相比,随着晶须含量的增加,SH复合材料的拉伸强度、模量有大幅的提高,这些改善归因于晶须纤维与基体材料之间良好的兼容性及两者之间的界面强度增强;晶须对HDPE增强的同时还提高了SH复合材料的长期耐蠕变性能,随着晶须含量的增加,复合材料表现出更多的线性力学性能。     

Mechanical,thermal expansion,and flammability properties of co-extruded wood polymer composites with basalt fiber reinforced shells

Basalt fiber (BF) filled high density polyethylene (HDPE) and co-extruded wood plastic composites (WPCs) with BF/HDPE composite shell were successfully prepared and their mechanical, morphological and thermal properties characterized. The BFs had an average diameter of 7 μm with an organic surfactant surface coating, which was thermally decomposed at about 210 °C. Incorporating BFs into HDPE matrix substantially enhanced flexural, tensile and dynamic modulus without causing a noticeable decrease in the tensile and impact strength of the composites. Micromechanical modeling of tensile properties for the BF/HDPE composites showed a good fit of the selected models to the experimental data. Compared to neat HDPE, BF/HDPE composites had reduced linear coefficient of thermal expansion (LCTE) values. The use of the pure HDPE and BF/HDPE layers over a WPC core greatly improved impact strength of core–shell structured composites. However, the relatively less-stiff HDPE shell with large LCTE values decreased the overall composite modulus and thermal stability. Both flexural and thermal expansion properties were enhanced with BF reinforced HDPE shells, leading to well-balanced properties of core–shell structured material. Cone calorimetry analysis indicated that flammability performance of core–shell structured composites was improved as the BF content increased in the shell layer.     

利用弹性体增韧木粉/HDPE复合材料

为提高木塑复合材料的韧性,在木粉/高密度聚乙烯(WF/HDPE)复合材料制备过程中引入了3种弹性体:聚烯烃弹性体(POE)、弹性体改性聚乙烯(BPB)和接枝改性的聚烯烃弹性体(A669)。通过对WF/HDPE复合材料冲击强度和抗弯弹性模量的测试,确定出既能有效提高WF/HDPE复合材料韧性又能维持材料刚性的增韧剂种类及其用量,并通过结晶行为、热力学性能及界面结合分析等探讨了其增韧原理。通过对比可知, A669的增韧效果最为明显,质量分数为4%时冲击强度达到15.31 kJ/m2,相对于无添加配方提高了52.34%且抗弯弹性模量只下降6.09%。XRD和DSC分析结果表明:A669的添加阻碍了WF/HDPE复合材料的结晶行为,使其在略低的温度下才可以结晶,且结晶度下降,晶粒尺寸增大,衍射角所对应的衍射面增大,因此吸收和损耗了更多的能量;A669的添加还降低了WF/HDPE复合材料的玻璃态转变温度。DMA和SEM分析结果显示:A669的添加使WF/HDPE复合材料呈现出显著的黏性特征,断裂面的HDPE塑料基质出现拉丝现象,从而达到提高材料韧性的效果。转矩流变测试表明A669的添加使WF/HDPE复合材料的扭矩略有降低,对加工没有不利影响。适当添加A669可以使木塑复合材料同时具备良好的韧性和刚性,对扩大其在建筑模板等领域的应用具有重要意义。      

短切碳纤维表面处理对木粉/高密度聚乙烯复合材料性能的影响

木粉（WF）填充增强高密度聚乙烯（HDPE）复合材料具有良好的环境效益,少量引入短切碳纤维（SCF）可进一步提高其力学性能。为改善SCF与WF/HDPE复合材料中塑料基体的界面结合,提高SCF在WF/HDPE复合材料中的增强作用,采用气相、液相及气液双效氧化3种表面处理方式处理SCF,通过挤出工艺制备短切碳纤维增强木粉/高密度聚乙烯复合材料（SCF-WF/HDPE）,探讨了不同处理方法对SCF-WF/HDPE复合材料性能的影响。SEM观察显示,表面处理增大了SCF的表面粗糙度,可提高其与基体的界面结合;动态力学性能分析证实碳纤维提高了存储模量。测试结果表明：表面处理过的短切碳纤维可使SCF-WF/HDPE复合材料的力学性能、热力学性能和蠕变性能均得到显著提高,其中气相表面处理的效果最好。对比WF/HDPE复合材料,SCF-WF/HDPE的拉伸强度提高了34.5%,弯曲强度提高了23%,冲击强度提高了54.7%。     

改性芳纶纤维增强木粉/高密度聚乙烯复合材料的力学性能

采用螺杆挤出机研究了添加连续芳纶纤维增强木粉/高密度聚乙烯（CAF-WF/HDPE）复合材料,为改善CAF与WF/HDPE复合材料界面相容性,分别采用磷酸和硅烷偶联剂处理纤维。对比表面处理前后的CAF形态分析显示,经过处理的CAF表面粗糙度增加;采用磷酸和硅烷偶联剂处理,纤维束从基体中的拔出强度分别提高了94.9%和77.6%,表明处理后的CAF与WF/HDPE复合材料的界面结合强度有所提高。对比WF/HDPE复合材料,在挤出成型过程中加入未处理CAF,CAF-WF/HDPE复合材料拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了32.1%、35.1%、515.1%;CAF采用硅烷偶联剂处理后,CAF-WF/HDPE复合材料对应的力学性能分别提高了42.0%、37.4%、550.2%。动态力学分析表明:表面处理后CAF与WF/HDPE复合材料的界面相容性得到改善。      

Reinforcing effects of Kevlar fiber on the mechanical properties of wood-flour/high-density-polyethylene composites

Kevlar fibers (KFs) were used as a reinforcement for wood-flour/high-density-polyethylene composites (WF/HDPE) to improve the mechanical properties of the resulting composites. Addition of a small amount (2–3%) of KF caused an improvement in the tensile, flexural, and impact properties of WF/HDPE. Surface grafting of KF with a mixture of allyl chloride and 3-chloropropyltrimethoxysilane resulted in a further improvement on the mechanical properties of the resulting composites due to the increased interfacial compatibility between KF and HDPE as evidenced by scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). It can accordingly be concluded that the grafted KF can be used as a reinforcement to improve the strength and toughness of WF/HDPE composites.     

木聚糖酶处理对西南桦木/HDPE复合材料性能的影响

采用木聚糖酶溶液对西南桦木粉进行处理,并利用热压成型工艺制得西南桦木/高密度聚乙烯（HDPE）复合材料,考察酶溶液浓度、处理时间及温度对西南桦木/HDPE复合材料拉伸强度、弯曲强度等力学性能的影响,从而获得木聚糖酶处理的最佳工艺条件。借助傅里叶红外光谱分析技术和扫描电子显微镜,分析木聚糖酶处理后西南桦木纤维的化学官能团变化和西南桦木/HDPE复合材料的断面形貌。结果表明：木聚糖酶处理能够增强西南桦木/HDPE复合材料的界面结合。在木聚糖酶溶液浓度为2.67 mg/L,温度为40℃,pH值为4.5的条件下处理2 h后,西南桦木粉的纤维素相对含量及结晶度增加,半纤维含量减小,木质素相对含量增加;木纤维的材质变软、表面变得粗糙,增大了与塑料分子的接触面积,从而提高了西南桦木/HDPE复合材料的力学性能。