木粉含量对木粉/酯化淀粉/聚乳酸复合材料性能影响

以甘油为相容剂,利用木粉、马来酸酐酯化淀粉和聚乳酸(PLA)进行熔融挤出制备了木粉/酯化淀粉/聚乳酸复合材料。利用XRD和SEM对复合材料的结晶度和断面形貌进行分析表征,以研究木粉含量对复合材料界面相容性的影响;并对复合材料的热稳定性、力学性能、流变性能以及吸水率进行表征。实验结果表明,随着木粉含量的增加,复合材料的界面相容性下降,拉伸强度和弯曲强度增大,断裂伸长率下降,吸水率逐渐增大;TGA测试结果表明木粉的加入使材料的热稳定性下降;流变测试表明木粉用量的增加,使复合材料的储能模量、损耗模量和复数粘度逐渐增加。     

不同增容剂对木粉/聚乳酸复合材料性能的影响

用乙二醇、甘油和聚乙二醇-400(PEG400)为增容剂,制备了木粉/聚乳酸复合材料,采用X射线衍射、扫描电镜和差示扫描量热研究了不同增容剂对复合材料的两相相容性的影响。结果表明,甘油为增容剂时,木粉和聚乳酸的界面相容性最好。对不同增容剂制备的复合材料的流变性能、力学性能和吸水率测定的结果显示,甘油为增容剂时,储能模量的斜率最小,表明木粉和聚乳酸的相互作用最强,且复数黏度介于乙二醇和PEG400之间;甘油为增容剂的复合材料力学性能优于乙二醇和PEG400为增容剂;复合材料的吸水率则随着增容剂碳链的增长而逐渐增大。     

POE-g-MA对纳米CaCO_3/聚乳酸复合材料热及流变性能影响

以纳米碳酸钙(Nano-CaCO_3)和聚乳酸(PLA)为原料,马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MA)为增容剂,利用熔融挤出热拉-骤冷工艺制备了一系列Nano-CaCO_3/PLA复合材料。分别采用SEM、DSC、TG、毛细管流变仪(CR)和万能实验机研究了Nano-CaCO_3/PLA复合材料的界面相容性、热性能、流变性能与力学性能。结果表明:与纯PLA相比,当Nano-CaCO_3含量达到15wt%,Nano-CaCO_3/PLA复合材料团聚现象明显,其结晶度、最大热分解温度与拉伸强度分别下降1.9%、15.5℃与28.2%,弯曲强度和断裂伸长率分别提高37.5%和29.3%,而相应添加4wt%POE-g-MA增容剂的Nano-CaCO_3/PLA复合材料分散形态得到改善,其结晶度和拉伸强度分别下降4.2%和25.2%;最大热分解温度、弯曲强度和断裂伸长率分别提高5.8℃、25.3%和174.4%;同时POE-g-MA增加了Nano-CaCO_3/PLA复合材料的剪切黏度。     

不同增容剂对木粉/聚乳酸复合材料性能的影响EI北大核心CSCD

用乙二醇、甘油和聚乙二醇-400(PEG400)为增容剂,制备了木粉/聚乳酸复合材料,采用X射线衍射、扫描电镜和差示扫描量热研究了不同增容剂对复合材料的两相相容性的影响。结果表明,甘油为增容剂时,木粉和聚乳酸的界面相容性最好。对不同增容剂制备的复合材料的流变性能、力学性能和吸水率测定的结果显示,甘油为增容剂时,储能模量的斜率最小,表明木粉和聚乳酸的相互作用最强,且复数黏度介于乙二醇和PEG400之间;甘油为增容剂的复合材料力学性能优于乙二醇和PEG400为增容剂;复合材料的吸水率则随着增容剂碳链的增长而逐渐增大。     

不同改性剂对PP/木粉复合材料性能的影响

研究了苯甲酸(BA)、硬脂酸(SA)、甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)对聚丙烯/木粉复合材料的改性效果。结果表明,木粉经改性剂处理后,表面极性减弱,与聚丙烯的界面张力降低,相容性提高;所有改性剂均可提高复合材料的拉伸强度、冲击强度以及熔体流动性能,但对弯曲强度影响不大。用TDI/SA复合处理木粉,复合材料的综合性能最好。扫描电镜(SEM)分析表明,木粉经过处理后,木粉与聚丙烯间界面较模糊。     

聚磷酸铵-淀粉对木粉／聚苯乙烯复合材料的阻燃作用

利用锥形量热仪分析了聚磷酸铵(APP)-淀粉阻燃体系在木粉/聚苯乙烯复合材料(WF-PS)中的阻燃作用。结果表明,添加APP能有效降低WF-PS的热释放速率(HRR)和总热释放量(THR),增加成炭量,延长点燃时间(TTI),表现出显著的阻燃作用;APP对WF-PS的有效燃烧热影响不大,说明APP的阻燃作用为凝聚相机理,成炭是该机理的重要方面;添加淀粉作为APP的辅助成炭剂,能够提高阻燃效率并减少APP用量,APP-淀粉是WF-PS复合材料的有效膨胀型阻燃体系。APP-淀粉的添加对WF-PS的力学性质有一定不利影响,但是当APP用量在10%以下、淀粉用量2%以下时,WF-PS可保持良好的力学性能。     

聚乳酸/木粉复合材料的力学及吸水性能研究

采用聚乳酸（PLA）及偶联剂马来酸酐（MAPP）对木粉进行改性,研究采用熔融共混方法制备的聚乳酸/木粉复合材料的力学性能、吸水性能、微观特性,以及宏观与微观之间的联系。研究结果表明力学性能方面,随着木粉含量从10g增加到25g,最大拉力增加了4倍,抗拉强度增加了3倍;偶联剂使用后,最大拉力和抗拉强度较未使用前最大增加值都超过了1倍。吸水性能方面,随着木材成分的增加,复合材料的吸水率同时增加,2和24h增重最多分别为2.85%和8.12%;偶联剂的使用降低了复合材料的吸水率,2和24h增重最多分别为0.72%和3.58%。最后使用电子扫描显微镜（SEM）观察发现同样木粉含量,添加偶联剂后界面更加光滑,PLA与木粉之间的粘合更紧密。     

APP对木粉-HDPE复合材料阻燃和力学性能的影响

以聚磷酸铵(APP)对木粉-HDPE复合材料(WF-HDPE)进行阻燃处理,用锥形量热仪系统评价复合材料的阻燃性能,并进行等温燃烧反应动力学分析,用万能力学试验机进行静态力学试验。结果表明,在35 kW/m2热辐射流量下,APP添加量达到15%时,WF-HDPE燃烧热释放速率(RHR)峰值和总热释放量(THR)均降低约50%、成炭率提高150%,表现出显著的阻燃作用;可用动力学模型ln(1-α)=-kt+C描述WF-HDPE的等温燃烧反应,APP的加入使反应速率常数k降低、半衰期延长。APP对WF-HDPE的冲击性能有显著的不利影响,但能改善刚性,对弯曲强度和拉伸强度影响不大。综合阻燃性能与力学实验结果,APP的适宜添加量为15%左右。     

界面相容剂对PE-HD/木粉复合材料力学性能的影响

用不同的界面相容剂对高密度聚乙烯(PE-HD)/木粉复合材料进行界面处理,研究了界面相容剂的含量、种类对复合体系力学性能的影响.结果表明,界面相容剂的加入使复合体系的力学性能有不同程度的改善,其中MAPE的加入,对体系的拉伸、弯曲强度提高最大,在MAPE含量为10%时,复合体系的力学性能达到最大值;经EPDM-MA处理的复合材料,其冲击韧性有明显提高;EVA-MA的加入,使复合材料的性能有所提高;SBS对体系界面粘接力的影响不明显;但MAPE和弹性体SBS复配处理的复合体系,其冲击强度的提高尤为显著,这可能是由于MAPE和SBS在复合体系中发生了协效作用,形成具有柔韧性的中间相所致.     

木粉对聚乳酸流变、结晶及发泡行为的影响

以超临界CO_2为发泡剂,设计高温保压、低温快速泄压发泡的工艺,制备微孔发泡木粉/聚乳酸复合材料。利用X射线衍射仪、差示扫描量热仪、旋转流变仪对复合体系结晶及流变性能进行分析。采用排水法及扫描电镜研究了木粉含量对发泡材料表观密度、发泡倍率,泡孔密度及泡孔形貌的影响。结果表明,木粉的加入提高了木粉/聚乳酸复合材料熔体的复数黏度和储能模量,降低了聚乳酸的结晶度,提高了泡孔密度,减小了泡孔尺寸。当木粉含量为20%时,木粉/聚乳酸发泡材料表观密度为0.19g/cm~3,发泡倍率达到7倍,泡孔密度为7.23×10~8 cm~(-3),平均泡孔直径为20μm。     

木质素磺酸铵对聚乳酸/木纤维可生物降解复合材料力学与热性能的影响

为探讨生物质资源改善复合材料的界面及综合性能的可行性,以木纤维(WF)为基体,聚乳酸(PLA)为增强体,添加氧化改性木质素磺酸铵(OMAL),采用高速混合-平板热压工艺制备环境友好型OMAL-PLA/WF复合材料。研究了OMAL对OMAL-PLA/WF复合材料力学和热性能的影响。结果表明:在WF与PLA质量比为7∶3的复合体系中,OMAL对提高OMAL-PLA/WF复合材料的静曲强度、弹性模量以及内结合强度具有促进作用。OMAL添加量为15wt%~20wt%时,OMAL-PLA/WF复合材料的力学性能最好;当OMAL添加量为20wt%时,与PLA/WF对照样相比,OMAL-PLA/WF复合材料的热分解起始温度降低45℃,热分解速率特征峰温度提前107℃,残渣量增加5.3%,玻璃化转变温度、冷结晶温度和熔融温度均向低温方向移动,储能模量和损耗角正切值增大,玻璃态阶段的热稳定温度范围提高约20℃。     

毛白杨木粉/聚丙烯复合材料界面相容性的介电弛豫解析

为解析木塑复合材料的界面相容性机制,通过介电弛豫过程分析研究不同硅烷偶联剂添加量的毛白杨木粉/聚丙烯复合材料的温度谱及频率谱,并计算介电弛豫过程中的表观活化能和热力学量。结果表明:在添加硅烷偶联剂的毛白杨木粉/聚丙烯复合材料中能观察到基于木材细胞壁无定形区中伯醇羟基的回转取向运动的弛豫过程;弛豫强度随硅烷偶联剂添加量增大先减少而后缓慢增大;随偶联剂添加量的增大,弛豫时间分布峰呈先变宽、变低,然后再变尖、变高趋势;表观活化能、活化焓、活化自由能和活化熵随硅烷偶联剂添加量增加先增大后减小。表观活化能在硅烷偶联剂添加量(质量比)为2.0%时达到最大值(28.12kJ/mol),与未添加偶联剂的毛白杨木粉/聚丙烯复合材料的(13.86kJ/mol)相比增加2倍以上,活化焓在硅烷偶联剂添加量从0%时的12.09kJ/mol增大到2.0%时的26.35kJ/mol,增大了117.9%,说明弛豫过程中伯醇羟基回转取向运动需要克服的能垒增加,毛白杨木粉与聚丙烯塑料的相容性更好,结合更紧密,界面强度更强,性能更加稳定。     

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。      

Effects of poly(oxyethylene)-block structure in polyetheramines on the modified carbon nanotube/poly(lactic acid) composites

The hybrids of multi-walled carbon nanotube and poly(lactic acid) (MWCNT/PLA) were prepared by a melt-blending method. In order to enhance the compatibility between the PLA and MWCNTs, the surface of the MWCNTs was covalently modified by Jeffamine® polyetheramines by functionalizing MWCNTs with carboxylic groups. Different molecular weights and hydrophilicity of the polyethermaines were grafted onto MWCNTs with the assistance of a dehydrating agent. The results showed that low-molecular-weight Jeffamine® polyetheramine modified MWCNTs can effectively improve the thermal properties of PLA composites. On the other hand, high-molecular-weight and poly(oxyethylene)-segmented polyetheramine could render the modified MWCNTs of well dispersion in PLA, and consequently affecting the improvements of mechanical properties and conductivity of composite materials. With the addition of 3.0 wt% MWCNTs, the increment of E′ of the composite at 40 °C was 79%. For conductivity, the surface resistivity decreased from 1.27 × 10¹² Ω/sq for neat PLA to 8.30 × 10⁻³ Ω/sq for the composites.     

玻璃纤维含量对竹粉/高密度聚乙烯复合材料性能的影响

为利用玻璃纤维提高木塑复合材料的综合性能,探讨玻璃纤维含量对竹粉/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料性能的影响规律,首先,采用A-171硅烷偶联剂对竹粉表面进行了改性,并加入了一定量的玻璃纤维;然后,采用热压成型工艺制备了玻璃纤维-竹粉/HDPE复合材料;最后,考察了玻璃纤维含量对复合材料力学性能、热学性能及摩擦学性能的影响,并利用SEM观察材料的断面和磨损表面形貌。结果表明:当玻璃纤维含量为3wt%时,能显著提高竹粉/HDPE复合材料的拉伸强度和弯曲强度,与未添加玻璃纤维的复合材料相比,添加玻璃纤维后复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别提高了19.41%和23.54%;在30~60℃温度范围内,复合材料长度-宽度方向上的线膨胀系数随着玻璃纤维含量的增加而明显减小,而同一复合材料的线膨胀系数随温度的升高而逐步增大;在氮气气氛下,随玻璃纤维含量的增加,竹粉/HDPE复合材料的摩擦系数先逐渐增大,而后基本保持不变,磨损率逐渐减小。所得结论显示玻璃纤维含量为3wt%~7wt%的木塑产品适用于建筑横梁(如凉亭或桥梁等),而玻璃纤维含量为7wt%~10wt%的木塑产品适用于高人流量场所(如公园或休闲绿道等)的地面铺装。      

Additive manufacturing of mechanical testing samples based on virgin poly (lactic acid) (PLA) and PLA/wood fibre composites

3D printing in additive manufacturing is considered as one of key technologies to the future high-precision manufacturing in order to benefit diverse industries in building construction, product development, biomedical innovation, etc. The increasing applications of 3D printed components depend primarily on their significant merits of reduced weight, minimum used materials, high precision and shorter production time. Furthermore, it is very crucial that such 3D printed components can maintain the same or even better material performance and product quality as those achieved by conventional manufacturing methods. This study successfully fabricated 3D printed mechanical testing samples of PLA and PLA/wood fibre composites. 3D printing parameters including infill density, layer height and the number of shells were investigated via design of experiments (DoE), among which the number of shells was determined as the most significant factor for maximising tensile strengths of PLA samples. Further, DoE work evaluated the effect of material type (i.e., neat PLA and PLA/wood fibres) and the number of shells on tensile, flexural and impact strengths of material samples. It is suggested that material type is the only predominant factor for maximising all mechanical strengths, which however are consistently lower for PLA/wood fibre composites when compared with those of neat PLA. Increasing the number of shells, on the other hand, has been found to improve almost all strength levels and decrease infill cavities. The full text can be downloaded at https://link.springer.com/article/10.1007/s40436-018-0211-3     

Characterization of organo-montmorillonite (OMMT) modified wood flour and properties of its composites with poly(lactic acid)

In this research, sodium-montmorillonite (Na-MMT) at four different concentrations (0.5%, 1.0%, 2.0% and 4.0%) and didecyl dimethyl ammonium chloride (DDAC) were used to modify wood flour (WF) in a two-step process to form organo-montmorillonite (OMMT) inside the WF. Then the WFs with three sizes were mixed with poly(lactic acid) (PLA) to produce WF/PLA composites. The treated WF was characterized and some physical and mechanical properties of the composites were tested. The results showed that: (1) Na-MMT was successfully transformed to OMMT and uniformly distributed inside WF; (2) at 0.5% MMT concentration, water repellency, flexural and tensile properties of the composites were improved significantly. However, after introducing more OMMT, the enhancements diminished because of poor interfacial adhesion caused by OMMT agglomeration; (3) the composites with the maximum size of WF showed the most significant improvements among all, suggesting bigger WF was more suitable for this modification process.     

HDPE/木粉改性复合材料的制备及其长效吸水性能研究

加入HDPE-g-MAH、CG-8831和KH-550制备HDPE/木粉改性复合材料。研究其长效吸水性,发现吸水率随时间延长先快速增加,浸水35 d后缓慢增至平衡,HDPE-g-MAH改性效果最好,其饱和吸水率仅为1.503%。利用Fick第二扩散定律拟合吸水动力学曲线,得扩散系数D的顺序:HDPE-g-MAH增容HDPE/木粉复合材料HDPE/木粉复合材料KH-550改性HDPE/木粉复合材料CG-8831改性HDPE/木粉复合材料。并证明该吸水过程符合Fick第二扩散定律,相关系数R2值达0.99以上。HDPE/木粉改性复合材料尺寸变化系数CDCWCT。     

碳纤维/聚乳酸复合材料的结晶性能和流变特性

以碳纤维（CF）作填料,制备了CF/聚乳酸（CF/PLA）复合材料,CF的质量比（CF∶PLA）为1%、3%、5%、10%和15%。研究了PLA及CF/PLA复合材料的结晶性能和流变特性。结果表明,质量比≤3%时,CF在基体中起到了异相成核的作用,提高了PLA的结晶性能,XRD衍射峰强度增强,CF/PLA复合材料结晶温度和结晶度分别提高到112.5℃和30.7%,流变特性与纯PLA相似。CF的质量比增加到5%时,达到"渗流阈值",黏度激增,限制了分子链段的自由运动,导致CF/PLA复合材料结晶性能下降。CF质量比为15%时,CF/PLA复合材料结晶温度降低至93.1℃,结晶度只有2.5%。