蒙脱土增强pvc木塑复合材料的研究

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1、北京化-I-大学博士论文蒙脱土增强PVO木塑复合材料的研究摘要本文选用三种制样工艺及两种偶联剂，遥过实验分析了制样工艺、木粉品种与加量、木粉含水率、木粉改性、有机蒙脱土加量对木塑复合材料性能的影响。全文主要内容有：1．对木粉的物理结构及微观形态、化学组成及物理化学性能进行了全面阐述，分析了木粉吸水机理及特点；通过TG及烘箱烘干实验，研究了温度、放置厚度对木粉除湿效率的影响，分析了温度对木粉热降解的影响，确定了最佳烘干温度，并为木塑生产加工提出了适合的加工温度范围和温度上限。2．分析了以云杉和杨木为代表的针叶木和阔叶木的木粉构成特点和差别，包括纤维细胞所占比例、纤维细胞长

2、度及外径、内腔直径、纤维强度以及易于热降解的聚戊糖等组分含量等，为研究木粉对木塑性能的影响奠定了基础。3．选用三种挤出制样工艺，即单螺杆挤出机直接挤出制样、单螺杆挤出机造粒后挤出制样和双螺杆挤出机造粒后挤出制样，研究了制样工艺、挤出压力、木粉含水率、木粉品种、术粉含量对木塑力学性能、蠕变性能的影响。4．选用硅烷YH-62和钛酸酯Ti-14两种偶联剂进行了木粉改性处理，研究了木粉表面改性对木塑复合材料性能的影响，其中力学性能和抗蠕交变形性能得以明显改善，而YH-62的效果更为显著。5．采用阳离子交换法，选用十八烷基三甲基溴化胺对蒙脱土进行插层改性制得有机蒙脱土OMMT，利

3、用锥形双螺杆挤出机造粒后挤出成型制备了0删T／wF／PVC纳米复合材料，通过XRD、SEM及FTIR测试进行了表征和分析。结果表明，OMMT加入木粉未经改性的木塑复合材料，力学性能没有得到改善；而适量的OMMT加入木粉经改性的木塑复合材料后，力学性能得到了进一步提高，木塑维卡软化点也得以提高。6．采用FTIR和XPS测试对两种改性剂的改性机理进行了深入分析，从定性和定量两方面证明了YH一62与木粉发生化学反应生成了化学键，而Ti—14不能与木粉发生化学反应；并证明木粉改性剂yH一62和Ti_14都能够与O嘲T发生化学反应，这有利于改善木粉、OMMT及PVC界面间的粘结强

4、度，从而提高木塑复合材料力学性能。北京化工大掌博士论文7．采用空气和氮气两种氛围的TG测试，分析了OMMT加量对木塑复合材料耐热性能的影响，结果表明OMMT的加入降低了木塑的热稳定性；利用锥形扫描量热仪(CONE)测试的失重曲线，研究了与实际火灾相近条件下的木塑耐热性能，结果表明少量加入0删T提高了初始时间(20秒内)木塑的耐热性能。8．利用CONE测试研究了蒙脱土加量对木塑复合材料阻燃性能的影响：0删T的加入，显著延长了木塑的点燃时间，减少了总燃烧热，OMMT大大提高了木塑的阻燃性能，不利的是使燃烧热峰值和发烟量有所增加。9．进行了蠕变性能测试，选用Maxwell串联

5、模型与Yoigt-Kelvin并联模型结合的四元件模型对木塑复合材料的蠕变测试结果进行模拟，利用模拟结果研究了木粉含量、木粉表面改性、OMMT加量及纳米碳酸钙对木塑复合材料蠕变性能的影响，通过对模拟结果普弹模量、高弹模量、总蠕变、高弹蠕变、粘流蠕变等参数的详细分析，阐述了这些因素与木塑刚性、韧性及塑性的关系，其中木粉表面改性后添加适量OMMT大大提高了木塑的抗蠕变变形能力。10．对挤出压力、木粉含水率、木粉含量、木粉表面改性及OMMT含量与木塑拉伸及冲击强度的关系，进行了初步数学模拟，提出了木塑力学强度与各因素关系的数学模型。本文以杨木木粉和云杉木粉为原料，在深入阐述木

6、粉的结构特点及物理、化学性能的基础上，对木粉吸水机理、除湿效果及热性能进行了实验分析，在木粉有效除湿、避免木粉热降解、木粉化学构成与木粉改性机理等方面提供了可靠依据，为制造高性能木塑复合材料奠定了理论基础。通过对木粉品种、加量、含水率、木粉改性及添加O咖T的实验，实现了木塑力学性能的突破，其中WF／PVC比例为68wt％时，实现了木塑冲击强度超过21kJ／m2，远远高于迄今为止所查到的国内外文献报道的数据。对木塑蠕变性能的实验探索开创了国内先河，在木塑阻燃性能方面的研究填补了国内外空白。本文的实验研究有效弥补了木塑在冲击强度上的不足，并提高了木塑的抗蠕变变形能力，显著提

7、高了木塑阻燃性能，为拓展木塑在建筑工程等领域的应用提供了可靠依据。关键词：木塑，PVC，木粉，改性，蒙脱土，纳米材料北京化工大学博士论文ASTUDYoFMoNTMoRILLONITE，、^，ooDFLoUR，POlⅣVINYLCHLoRIDECoMPoSITESABSTRACTThisthesisstudiedthemanufactureofMontmorillonite(MMT)／WbodFlour／PolyvinylchloridefPVC)Composites．Theeffcctsofthreeprocesses．twokindso