改性棉杆皮/聚乳酸阻燃复合板材性能研究
对于材料而言,强度(性能)决定其用途.随着材料发展的日新月异,复合材料行业刮起了环保风,天然纤维也借着这股"东风"逐渐开始占据人们的视野.加之随着经济的发展,低碳、环保的概念越来越深入人心,人们对轻质高强,低成本的绿色材料需求增多.为了扩大聚乳酸的使用范围,同时保证其可生物降解性能,可以将其与天然纤维复合制成复合材料.课题组原有"棉秆皮纤维/聚乳酸复合汽车内饰板的性能研究"课题是将废旧棉秆皮纤维与聚乳酸共混,同时加入阻燃剂制成汽车内饰板材.在未添加交联剂的情况下复合材料拉伸强度45.70MPa,弯曲强度58.57MPa,冲击强度5.88KJ/m2,同时极限氧指数LOI为28.37,雾化值为1.28mg,热变形温度为162.14℃,均达到汽车内饰板强度要求(车用内饰板标准要求拉伸强度大于20MPa,弯曲强度大于25MPa,冲击强度大于70J/m2,极限氧指数LOI值26%以上,雾化值小于2mg的要求,热变形温度为100℃以上).但由于天然纤维与聚乳酸两者表面极性相反,且由于阻燃剂的加入使复合材料的力学性能虽然达到了汽车内饰板的要求,但超出范围较小.为了进一步增强内饰板的性能,本课题采用化学和物理两种手段改善基体与增强纤维的相容性,从而提高其力学性能.首先采用化学偶联的方法改性棉秆皮纤维,利用偶联剂分子中的活性基团,与纤维表面上的羟基反应,降低了表面极性,使纤维能够更好的与聚乳酸相容.再通过添加蒙脱土与微纤化纤维素来稳固增强纤维与聚乳酸大分子的结构.采用正交实验着重分析冲击强度,兼顾拉伸强度与弯曲强度,设计L9(34)正交实验,分析偶联剂种类、偶联剂用量、偶联剂浴比及改性温度对复合材料力学性能的影响,并得出最优改性棉秆皮增强聚乳酸复合材料的最优工艺.随后又采用偶联剂复配改性的方法来提高纤维增强聚乳酸复合材料的力学性能.此外还采用单因素实验分析蒙脱土和微纤化纤维素两种协效剂对复合材料力学强度的影响.最终得出最优工艺为:采用KH-550+A-171硅烷偶联剂复配、用量为3%、比例为1:1、MFC添加量3%.此时复合材料的力学强度均为最佳状态,拉伸强度为70.54MPa,弯曲强度为102.83MPa,冲击强度为11.69KJ/m2.比未改性棉秆皮聚乳酸复合材料提高了54.35%、75.57%、98.81%.本文致力于轻质高强的天然可降解的复合材料的研发,将偶联改性应用于废弃棉秆皮与聚乳酸混炼制备出阻燃型复合材料,进一步提高其力学性能,突出了绿色环保的主题,同时利用废弃材料节约了生产成本,符合"可持续发展"的要求,极具社会价值和经济价值.
- 作者：
- 王博
- 学位授予单位：
- 大连工业大学
- 专业名称：
- 纺织科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 魏春艳
- 中图分类号：
- TB332
- 关键词：
- 棉秆皮纤维；聚乳酸；复合材料；偶联剂改性；蒙脱土；微纤化纤维素；力学性能
- Cotton stalk bast fiber； PLA； composite materials； modification with coupling agent； montmorillonoid； microfibrillated cellulose； mechanical property