PVC_竹粉复合发泡材料的制备及性能研究.pdf

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分类号密级___________PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究研究生姓名：谢乾指导教师姓名、职称：曾广胜教授学科专业：材料学研究方向：高分子材料成型加工及功能化湖南工业大学二零一八年六月七日 摘要为了制备轻量化的PVC/竹粉复合发泡材料，本论文选用的发泡剂为AC/ZnO复配物发泡剂，增塑剂为DOP，偶联剂为铝钛复合物。通过对PVC/竹粉复合发泡材料成型机理的探索和研究，优化了材料加工配方，选择所添加的竹粉、AC/ZnO复配物发泡剂、DOP增塑剂、铝钛复合偶联剂的含量为水平因素，以最终复合材料的表观密度为考量目标，设计了正交试验方案。重点研究了竹粉、发泡剂、增塑剂、偶联剂对PVC/竹粉复合发泡材料的表观密度、拉伸强度、弯曲强度、回弹性能、吸水性能的影响；得出结论如下：（1）随着竹粉含量的增加，PVC/竹粉复合发泡材料表观密度是先减后增的，拉伸强度、弯曲强度是先增后减，吸水性能是持续增长的。竹粉的含量为30%时，PVC/竹粉复合发泡材料表观密度最小为-30.896g·cm，拉伸强度最大为31.5MPa，弯曲强度最大为36.12MPa。未发泡的PVC/竹粉复合材料的密度是随竹粉含量的增加而增加的。发泡材料的密度比未发泡材料的密度降低了23%。（2）发泡剂对PVC/竹粉复合发泡材料的力学性能影响是最大的。在发泡剂含量增加的过程中，PVC/竹粉复合发泡材料的表观密度、力学性能都是先减后增的，只有回弹率是先增后减的。PVC/竹-3粉复合发泡材料表观密度最小为0.96g·cm，拉伸强度最小为23.25MPa，弯曲强度最小为28.12MPa，回弹率最大为91.5%，此时发泡剂含量为15%。（3）增塑剂DOP的含量对PVC/竹粉复合发泡材料的回弹性能影响是最大的。随着增塑剂DOP含量的增加，PVC/竹粉复合发泡材料表观密度是先减后增的，冲击强度是持续增长的，回弹率、弯曲强度是先增后减。DOP的含量为15%时，PVC/竹粉复合发泡材料表观-3密度最小为1.042g·cm，回弹率最大为87.98%，弯曲强度最大为34.56MPa。DOP的含量为25%时，PVC/竹粉复合发泡材料的冲击-2强度可以达到8.9KJ·m。（4）铝钛复合偶联剂主要影响的是PVC/竹粉复合发泡材料的界面相容性，即对力学性能和密度造成影响。随着偶联剂含量的增加，PVC/竹粉复合发泡材料表观密度是先减后增的，回弹率、拉伸、弯曲强度都是先增后减。PVC/竹粉复合发泡材料表观密度最小为0.98-3g·cm，回弹率最大为91.3%，拉伸强度最大为29.5MPa，弯曲强度最大为36.36MPa，此时偶联剂含量为2%。II 关键词：复合材料，表观密度，回弹性，吸水性能，力学性能III ABSTRACTInordertopreparelightweightPVC/bamboopowdercompositefoamingmaterial,thefoamingagentusedinthispaperisAC/ZnOcompoundfoamingagentandplasticizerDOP,andthecouplingagentwasacompositecouplingagentofaluminumandtitanium.ThroughtheexplorationandResearchontheformingmechanismofPVC/bamboopowdercompositefoamingmaterial,theformulaofmaterialprocessingisoptimized.Thecontentoftheaddedbamboopowder,AC/ZnOcompoundfoamingagent,DOPplasticizerandaluminumtitaniumcompoundcouplingagentisthelevelfactor.Theorthogonaltestschemeisdesignedbytheapparentdensityofthefinalcompositematerialasthetesttarget..Theeffectsofbamboopowder,foamingagent,plasticizerandcouplingagentontheapparentdensity,tensilestrength,bendingstrength,springbackperformanceandwaterabsorptionofPVC/bamboopowdercompositefoamwerestudied.Theconclusionsareasfollows:(1)Withtheincreaseofbamboopowdercontent,theapparentdensityofPVC/bamboopowdercompositefoammaterialdecreasesfirstandthenincreases,thetensilestrengthandbendingstrengthincreasefirstandthendecrease,andthewaterabsorptionperformanceiscontinuouslyincreasing.Whenthecontentofbamboopowderis30%,theminimumapparentdensityofPVC/bamboopowdercompositefoamingmaterialis-30.896g·cm,themaximumtensilestrengthis31.5MPa,andthemaximumbendingstrengthis36.12MPa.ThedensityofnonfoamingPVC/bamboopowdercompositesincreasedwiththeincreaseofbamboopowdercontent.Thedensityoffoamedmaterialsdecreasedby23%,comparedwiththatofnonfoamingmaterials.(2)ThefoamingagenthasthegreatestinfluenceonthemechanicalpropertiesofPVC/bamboopowdercompositefoamingmaterial.Intheprocessofincreasingthecontentofthefoamingagent,theapparentdensityandthemechanicalpropertiesofthePVC/bamboopowdercompositefoamweredecreasedfirstandthenincreased,onlythereboundratewasincreasedfirstandthendecreased.Whenthefoamingagentcontentis15%,theminimumapparentdensityofPVC/bamboopowderIV -3compositefoamingmaterialis0.96g·cm,theminimumtensilestrengthis23.25MPa,theminimumbendingstrengthis28.12MPaandthemaximumreboundrateis91.5%.(3)TheeffectofplasticizerDOPonthespringbackperformanceofPVC/bamboopowdercompositefoammaterialisthelargest.WiththeincreaseofthecontentofplasticizerDOP,theapparentdensityofPVC/bamboopowdercompositefoammaterialdecreasesfirstandthenincreases,theimpactstrengthiscontinuouslyincreasing,andthereboundrateandbendingstrengthareincreasedfirstandthenthendecrease.WhenthecontentofDOPis30%,theminimumapparentdensityof-3PVC/bamboopowdercompositefoamingmaterialis1.042g·cm,themaximumbendingstrengthis34.56MPaandthemaximumreboundrateis87.98%.WhenthecontentofDOPis25%,theimpactstrengthof-2PVC/bamboopowdercompositefoammaterialcanreach8.9KJ·m.(4)ThealuminumtitaniumcompositecouplingagentmainlyaffectstheinterfacecompatibilityofPVC/bamboopowdercompositefoammaterial,thatis,theimpactonmechanicalpropertiesanddensity.Withtheincreaseofcouplingagentcontent,theapparentdensityofPVC/bamboopowdercompositefoammaterialfirstdecreasesandthenincreases,andtheresilience,tensileandflexuralstrengthincreasefirstandthendecrease.Whenthecontentofaluminumtitaniumcompositecouplingagentis2%,theminimumapparentdensityofPVC/bamboo-3powdercompositefoamingmaterialis0.98g·cm,themaximumreboundrateis91.3%,themaximumtensilestrengthis29.5MPaandthemaximumbendingstrengthis36.36MPa.Keywords:Compositematerials,apparentdensity,reboundresilience,waterabsorption,mechanicalpropertiesV 目录摘要.............................................................................................................................IIABSTRACT.................................................................................................................IV第一章绪论..................................................................................................................11.1前言.................................................................................................................11.2木塑复合材料的概况.....................................................................................11.2.1木塑复合材料研究进展......................................................................11.2.2微孔发泡木塑复合材料......................................................................21.2.3木塑复合材料的应用..........................................................................21.3木塑复合发泡材料原料种类.........................................................................31.3.1植物纤维..............................................................................................31.3.2基体塑料..............................................................................................51.3.3加工助剂..............................................................................................51.4木塑复合材料的成型技术.............................................................................71.4.1挤出发泡法..........................................................................................71.4.2模压发泡法..........................................................................................71.4.3注塑发泡法..........................................................................................81.5木塑复合材料的界面结合理论.....................................................................91.5.1界面浸润理论......................................................................................91.5.2化学键理论........................................................................................101.5.3机械互锁理论....................................................................................101.5.4弱界面层理论....................................................................................101.5.5界面扩散理论....................................................................................111.6植物纤维改性...............................................................................................111.6.1物理改性............................................................................................111.6.2化学改性............................................................................................121.7本课题的研究意义及内容...........................................................................131.7.1本课题的研究意义............................................................................131.7.2本课题的研究内容............................................................................13第二章材料配方与成型工艺优化............................................................................152.1竹粉改性处理...............................................................................................152.1.1竹粉TG分析....................................................................................152.1.2竹粉预处理........................................................................................16VI 2.2木塑复合材料的界面改性...........................................................................162.2.1未改性木塑复合材料的微观形态....................................................162.2.2不同偶联剂对复合材料力学性能的影响........................................172.2.3木塑复合材料红外分析....................................................................182.3挤出成型工艺研究.......................................................................................192.3.1喂料速度对复合材料成型的影响....................................................192.3.2主机转速对复合材料成型的影响....................................................202.3.3加工温度对发泡倍率的影响............................................................202.4本章小节.......................................................................................................21第三章实验部分........................................................................................................223.1实验原料及仪器...........................................................................................223.1.1实验原料............................................................................................223.1.2实验仪器及设备................................................................................223.2实验配方的设计............................................................................................233.3试样的制备...................................................................................................243.4测试与表征...................................................................................................253.4.1拉伸强度测试与表征........................................................................253.4.2密度测试与表征................................................................................253.4.3回弹性能的测试表征........................................................................263.4.4弯曲强度的测试与表征....................................................................263.4.5冲击强度的测试与表征....................................................................263.4.6吸水性能的测试与表征....................................................................263.4.7微观形态的表征................................................................................263.4.8TG表征..............................................................................................273.5本章小结.......................................................................................................27第四章实验结果与讨论............................................................................................284.1竹粉含量对材料性能的影响.......................................................................284.1.1竹粉含量对材料表观密度的影响....................................................284.1.2竹粉含量对材料拉伸性能的影响....................................................294.1.3竹粉含量对材料弯曲性能的影响....................................................304.1.4竹粉含量对材料吸水性能的影响....................................................314.1.5竹粉含量对材料泡孔形态的影响....................................................334.2发泡剂含量对材料性能的影响...................................................................344.2.1AC/ZnO含量对材料表观密度的影响..............................................34VII 4.2.2AC/ZnO含量对材料回弹性能的影响..............................................354.2.3AC/ZnO含量对材料拉伸性能的影响..............................................364.2.4AC/ZnO含量对材料弯曲性能的影响..............................................374.2.5AC/ZnO含量对材料泡孔形态的影响..............................................384.3DOP含量对材料性能的影响.......................................................................394.3.1DOP含量对材料表观密度的影响....................................................394.3.2DOP含量对材料回弹性能的影响....................................................404.3.3DOP含量对材料弯曲性能的影响....................................................414.3.4DOP含量对材料冲击性能的影响....................................................424.3.5DOP含量对材料泡孔形态的影响....................................................434.4偶联剂含量对材料性能的影响...................................................................444.4.1偶联剂含量对材料表观密度的影响................................................444.4.2偶联剂含量对材料回弹性能的影响................................................454.4.3偶联剂含量对材料拉伸性能的影响................................................464.4.4偶联剂含量对材料弯曲性能的影响................................................474.4.5偶联剂含量对材料泡孔形态的影响................................................484.5本章小结.......................................................................................................49第五章总结与展望....................................................................................................505.1总结...............................................................................................................505.2展望...............................................................................................................51参考文献......................................................................................................................52读学位期间主要的研究成果......................................................................................57致谢..............................................................................................................................58VIII 硕士学位论文第一章绪论1.1前言当代社会，全世界经济迅猛发展，工业产量以及工业规模持续扩张，随之而来，人们对资源的需求与渴求越来越多，能源逐渐紧缺，环境逐渐恶化等问题出现。进入二十一世纪以来，资源日益紧缺，人们环保意识的提高，从而对能源产品的应用与发展特别在木材和石化产品方面提出了更高更好的要求。社会各行各界关注的问题从最初的如何开发开展自然资源演变为该如何更好地提高资源利用率、更好的回收废旧再利用资源。在此背景下，如何更好地回收废木材和低成本塑料已经成为了一个新课题，这在一定程度上使木塑复合材料研发的得到了进步。木塑复合材料的主要成分是植物纤维，它是一种通过复合、熔融、挤出等加工方法与塑料以及其它加工助剂结合形成的一种新型环保材料。木塑复合材料塑料一般以热塑性可再生塑料为主，比如PE、PP、PVC、ABS等，植物纤维一般选择稻壳、花生壳、以及各种农作物秸秆等含有木质纤维的材料。木塑复合发泡材料在具有低成本、高强度、优良加工性能等优点的同时，还可以克服普通木塑材料一些明显的缺点，比如高密度、低韧性、高成本等。目前，其被广泛应用于建筑等领域。所谓的木塑复合发泡材料，实质是以木塑复合材料为基础，采用物理或者化学发泡法制备而成，这种新型的木塑复合材料继承了原有的木塑复合材料的性能并改善了一些性能，使其较原有木塑复合材料表面效果更优、密度更低、加工成本更低廉。正因为木塑复合发泡材料的加工成本更低廉，故而其所需的加工材料更少，更能节约资源以及能源，从而更受科学界与工业界的瞩目。1.2木塑复合材料的概况1.2.1木塑复合材料研究进展木塑复合材料的发展历史是非常长的，1907年，LeoHBend博士开发了第一种名为Bakelite的木塑复合材料，该材料主要由酚醛树脂和木粉组成，它商业[1]化的起点是变速杆把手的产生。随着社会的不断发展与进步，在材料开发和利用领域，社会经济的可持续发展以及环境保护、资源开发之间的不平衡成为主要矛盾，并且不断激化。在这种趋势下，木塑复合材料开始大规模应用，并且随着[2]汽车室内装饰行业的发展，木塑复合材料在20世纪80年代迅速发展。1991年，1 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究第一次国际木塑复合材料会议的召开，是木塑复合材料发展的新纪元。从这次会议的召开之后，木塑复合材料在国外迅猛发展，特别在美国，市场增长率一直不低于10%。在20世纪的时候，中国各项技术的研究基本处于落后状态，同样的木塑复合材料的研究也是这样的。我国关于木塑复合材料的研究越来越多，是直到20世纪90年代才开始的，从此走向了正确的轨道。木塑复合材料的研究主要集中在如何提高生产效率，降低生产成本，并有效改善其功能性。在解决这些问题的基础上，还要能够适应大规模生产加工的需求，这是木塑复合材料技术研究的重点也是关键点。我国是一个造纸大国，造纸文化源远而流长，可想而知，会有多少的木材资源的浪费，这些废旧资源急需循环而合理的再利用。在我国，木塑复合材料的研究还有一个考量点是如何合理利用资源，不浪费，不污染环境。在木塑复合材料的制备过程中，植物纤维的填充量以及种类，基体塑料的选[3]择，加工助剂的选择都会影响木塑复合材料最终的性能。王澜等用模压法制备了PVC/木粉复合发泡材料，分析了木粉的不同填充量以及处理方式对最终制品[4]性能的影响。秦特夫等采用铝酯酸为偶联剂制备了PP/木粉复合发泡材料，表征的木粉的微观形态和复合材料的性能。1.2.2微孔发泡木塑复合材料木塑复合发泡材料中含有泡孔结构，通过一些特殊的手段和特殊的加工设备可以加工制得一种含有微孔结构的泡孔的木塑发泡复合材料，这种含有微孔结构泡孔的木塑发泡复合材料我们可以称之为微孔发泡木塑复合材料。所谓的微孔发泡木塑复合材料实质就是让微小的泡孔进入聚合物熔体，从而改善制品的性能。而正因为这些微小泡孔进入到了聚合物熔体，使得复合材料内部具有微小泡孔结构的存在，可以一定程度的钝化材料，有效控制裂纹尖端的扩展，并且避免了普通竹塑复合材料的的缺点，该材料具有抗冲击应力高、延展性[5-6]能良好、韧性较高等特点。微孔发泡木塑复合材料通常用的应该是二氧化碳（CO2）超临界法发泡，微孔发泡木塑复合材料制备过程分为形成均相体系、形成气泡核、气泡长大、材料[7]成型四步。气泡长大这一个过程是最为重要的，所以很多研究人员对于气泡长大过程的机理做了大量的研究。Osorio等使用细胞模型来结合高分子材料流变学三大基本方程以及一系列的气体扩散方程建立了气泡长大数学模型，并将这一模[8-9]型运用到注射浇口处横断面中气泡泡孔尺寸分析中。1.2.3木塑复合材料的应用作为一种新型的复合材料，木塑复合材料不仅继承了原有基体塑料的特性，2 硕士学位论文而且还包含了原植物纤维的性能。因为含有植物纤维，所以木塑复合材料有良好的加工性能以及广泛的原料来源，并且使用寿命长。因为含有塑料，所以木塑复合材料具有更好的机械性能和耐酸碱性能。因为木塑复合材料可以通过许多加工助剂，比如增塑剂、发泡剂、偶联剂等来加工，所以木塑复合材料具有良好的性能调整性。总之，从木塑复合材料的这些特点来看，木塑复合材料的应用也变得普遍。在建筑方面，木塑复合材料的应用是最多最广的，大概有60%到70%左右，[10]比如我们住房装修所需要用的木塑地板等。在汽车行业方面，木塑复合材料可以代替很多成本高，资源少的原料来生产[11]汽车零件，如奔驰福田等汽车品牌使用木塑复合材料作为汽车内饰。在包装运输方面，目前应用最广泛的是托盘。在其他领域，由于木塑复合材料的一些性能的优越性，相比单一的塑料基体和植物纤维，木塑复合材料甚至可以应用于军事领域，比如海军港口泊岸设施。当然，随着全球资源环境的变化以及人们对木塑复合材料的进一步研究，有理由相信并能看到，在未来木塑复合材料的应用将更加宽广。1.3木塑复合发泡材料原料种类1.3.1植物纤维图1-1植物纤维结构模型Fig.1-1Thestructuremodelofplantfiber木塑复合材料主要由植物纤维构成，植物纤维来源广泛，生产成品低廉，这也是木塑复合材料能够当前社会环境下成为一种新型环保材料的原因所在。木质素、纤维素以及半纤维素三大主要组分以及一些抽提物共同构造植物纤维，三大组分通常占植物纤维原料总量的80%~95%，在这三大组分中，纤维素是为最重3 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究要的组分，我们称之为―骨架‖。它是纤维细胞壁的网状骨架成分，另外两种组分[12]是纤维、微细纤维之间的填充剂。植物纤维结构图如图1-1所示。如图1-1所示，植物纤维的结构中出现了初生壁和次生壁两个名词。在这当中，初生壁是构成细胞表面的细胞膜的，主要成分是纤维素。而次生壁占植物纤维的大部分，构[13][14]成细胞壁。通过木质素聚集的作用，使纤维细胞形成纤维。（1）纤维素纤维素分子链结构如图1-2所示，构成植物纤维最重要组分的的纤维素是一种线性聚合物化合物。化学结构主要由β－D-吡喃型葡萄糖基团（是一种失水葡萄糖）组成。在聚合度方面，天然纤维素和再生纤维素有明显的差别。天然纤维素可达10000左右，而再生纤维素的一般在400~700之间。纤维素是一种最丰富的天然高分子化合物，它是人类世界最珍贵的天然可再生资源，纤维素及其纤维素衍生物的研究成果为一些学科的发展与创立作出了巨大的贡献。图1-2纤维素分子链结构Fig.1-2Molecularstructureofcellulose（2）半纤维素半纤维素是由两种或两种以上单糖构成的异质多聚体，是一种低分子量物质，其平均聚合度大约为200。绝大多数半纤维素位于植物细胞壁上以及细胞的胞层之间，可溶于碱溶液，遇酸易分解成植物多糖，是纤维细胞间良好的填料[15-16]。纤维细胞壁之所以润涨而具有弹性，是源于半纤维素的吸水性。因此在纸浆中加入半纤维素可以有利于打浆，使其不能被轻易的打断，从而降低打浆的能源资源消耗，减少污染，并且能够得到理想的纸张强度。半纤维的含量因植物纤维的种类而各异，中草药中的根部木质素的含量约10%~15%，而阔叶木中可达30%左右。（3）木质素木质素是构成植物纤维细胞壁的主要成分，是一种无定形的高分子化合物。通常植物之所示能够承载生长的重量，是来源于植物的木质部中含有大量的木质素。木质素对植物纤维还有一个作用就是改变植物的颜色。木质素是由三种不同醇单体形成的酚类聚合物，因木质素所含的醇单体的不同可以将木质素分为三大4 硕士学位论文类：S-木质素、G-木质素、H-木质素。由木质素和甲醛制成的木质素甲醛树脂，再加入一系列加工助剂与橡胶可以在一定温度下进行硫化。这便是木质素在橡胶加工领域的应用：木质素以补强剂的功能和形式用来补强橡胶的特性。（4）抽提物植物纤维中不光是只有三大组分，还有少量而多种的物质，我们称之为抽提[17-19]物。这些抽提物尽管在整个植物纤维中含量少，但也有很一定的生产加工价值。抽提物里含有的物质包括色素。脂肪酸、无机盐等多种物质，是许多工业部门的重要原料，具有一定的价值。1.3.2基体塑料木塑复合材料主要由植物纤维和基体塑料构成，故而基体塑料的重要性不言而喻了。受植物纤维的影响，基体塑料只能选择熔点在200℃左右的热塑性塑料。目前，在木塑复合材料使用的基体塑料当中，PE是运用最多的，大约为65%，[20]其次是PVC为大约16%。本课题选择的是PVC塑料。PVC具有热塑性，是白色或淡黄色粉末。分子量以及分散性都比较大，没有固定的熔点，有较好的机械、电绝缘性能，不易被腐蚀。1.3.3加工助剂在制备木塑复合发泡材料的过程中，往往需要制备含高比例植物纤维的木塑复合发泡材料。当植物纤维的填充量过高时，物料不易分散，常形成聚集状，不仅影响制备的木塑复合发泡材料的性能特性，同时使得物料流动性变差，不易加工，造成机器故障。通常需要加入偶联剂以及交联剂等助剂改善基体塑料以及植物纤维两者之间的相容性。而为了制备较传统木塑复合密度更小的新型木塑复合发泡材料，往往需要加入发泡剂，降低材料的密度，使之轻量化。（1）发泡剂发泡剂在木塑复合材料制备成木塑复合发泡材料的过程中起到了至关重要的作用，不仅决定发泡材料的密度，而且还影响了发泡材料的泡孔结构和形状，从而影响了发泡材料的使用性能。发泡剂的分类方面主要有两种，一种是按存在形态分类，一种是按使用时发泡产生气体的方式分类。按形态可以分为固体、液[21]体、气体发泡剂以及几种混合物发泡剂。按气体产生方式又可以分为化学和物[22]理发泡剂。[23]化学发泡剂有有机和无机两种类型的发泡剂。选用化学发泡剂的优点在于分解而产生的气体能和基体树脂熔融聚合。无机发泡剂的代表是碳酸氢钠发泡剂，其主要原理是由于碳酸氢钠受热分解产生气体，从而达到发泡效果。产生的气体主要是二氧化碳，是一种无毒无色无5 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究味气体。运用碳酸氢钠作为发泡剂具有价格低廉，发气量大等优点，但同时还有两个明显的缺点。第一个缺点是，当我们选择使用碳酸氢钠作为发泡剂的时候，碳酸氢钠容易在塑料塑化过程当中提前分解，不能达到很好的发泡效果。第二个缺点是，由于碳酸氢钠结晶极其迅速，在制备过程中极易产生大颗粒，大颗粒碳酸氢钠明显不适合制备微孔发泡材料，故而需要细化，而细化设备投入大，能耗[24]较高，这在无形之中增加了成本。有机发泡剂的代表就是本文选取的偶氮二甲酰胺（AC）发泡剂，其主要原理是AC受热分解产生氮气、二氧化碳等无毒气体，可以轻易的在树脂中分散开来，从而达到发泡效果。选用AC发泡剂，不仅是其发气量大，更是其受热分解过程中产生的氮气在聚合物中分散速度慢，不至于轻易的逃逸出发泡体系，进而[25-28]影响发泡效果。当然使用纯AC发泡剂作为木塑复合材料的发泡剂时也会有缺点，其缺点是AC受热分解产生的氮气易燃，并且分解温度高且范围窄。不过，如果我们在使用AC作为木塑复合材料的发泡剂时，加入一些许发泡剂促进剂如硬脂酸等便可以降低发泡温度，改进缺点。物理发泡剂，顾名思义，当然是加入发泡剂产生的气体只是由物理变化而来。这一类的发泡剂的代表是超临界二氧化碳。使用物理发泡剂不像是使用化学发泡剂，是需要直接将气体导入发泡体系的，这就需要特殊的装置了，优点在于物理发泡剂一般成本较低。但是由于超临界二氧化碳制备设备特殊，无法广泛使用，[29-31]主要用于微孔发泡方面，值得关注与期待。（2）偶联剂偶联剂可以使两种分子结构不同甚至相差很大的材料发生化学反应，可以提高材料界面粘着力，用来改善材料界面相容效果。并且可以促进植物纤维与基体[32]塑料之间界面应力的传递和转移，提高木塑复合材料的机械性能以及耐久性。偶联剂可以分为三大种类，在这些偶联剂种类中，钛酸酯偶联剂能赋予木塑复合材料以功能性，硅烷偶联剂应用是最广泛的。钛酸酯偶联剂发展迅速，广泛用于涂料、橡胶工业，钛酸酯偶联剂易于使用并且价格低廉。钛酸酯偶联剂含有羧基、烷氧基等基团，赋予它们特殊的功能性。可以用于改善复合材料界面相容、改善材料老化性能、改善材料机械性能等。（3）增塑剂木塑复合发泡材料的制备过程中使用增塑剂的目的在于赋予基体塑料树脂在熔融过程中的流动性，加入增塑剂来减少基体塑料树脂内部的分子间隔，增强基体塑料树脂的塑性。在PVC树脂在加工过程中，PVC树脂内部的分子链由于加热而激烈运动，分子链间的作用力减小，分子间距离增加。通常往往需要加入增塑剂来减少PVC树脂内部的分子分离，增强PVC树脂的塑性。本课题选择的6 硕士学位论文是邻苯二甲酸二辛酯（DOP），DOP是一种通用型增塑剂，主要用于PVC的加工，故而本课题所选用的增塑剂为DOP。1.4木塑复合材料的成型技术木塑复合材料的主要成分是植物纤维，它是一种通过复合、熔融、挤出等加工方式与塑料以及其它加工助剂结合形成的一种新型环保材料。经过加工成型的木塑发泡复合材料既有热塑性塑料的特性，也具有植物纤维的特性。因此，研究木塑复合发泡材料的加工成型技术是具有深远的意义。当前木塑发泡复合材料的加工成型技术主要有三种：挤出发泡、模压发泡以及注塑发泡。1.4.1挤出发泡法挤出发泡在木塑发泡复合材料的研制进程中是使用最多的方法，挤出发泡法优点有：能够连续挤出性能均匀的发泡材料，并且生产效率高，工艺简单且加工周期短。因为这些优点，挤出发泡成型在大规模的工业量产中应用广泛。图1-3挤出发泡过程简图Fig.1-3Extrusionfoamingprocessdiagram挤出发泡的过程如图1-3所示，通过加热、加压使基体塑料、植物纤维以及加工助剂在挤出机中经过混合发泡后，由挤出机螺杆的旋转作用下连续均匀通过挤出机机头，再由口模挤出成型。挤出发泡法又可以分为一步直接挤出法和两步挤出法两种工艺。一步直接挤出法就是直接通过挤出机对材料进行混合成型，两步挤出法是先对塑料基体与植物纤维进行共混造粒，然后添加加工助剂再挤出成型。应用挤出发泡法，通过对加工参数的改变，以及挤出机机头的优化，可以有效的改善制品的性能，也可以扩大产品的品种。因此，挤出发泡法备受人们的青睐。1.4.2模压发泡法模压发泡也可以称之为热压发泡，是所有木塑发泡复合材料的加工成型技术7 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究中较为简单的一种成型方法。模压发泡是一种能够可以实现自动化生产的加工成型方式，模压发泡的过程如图1-4所示，通过平板模压机或硫化机对材料进行开炼，并施加一定量的压力和温度，使聚合物熔体形成为饱和熔体，最后在开模定型。因为能够可以实现自动化，所以模压发泡成型效率高。因为最后需要开模定型，所以模压发泡制品尺寸精确。应用模压发泡法时，塑料能起胶黏剂作用，木质材料是主要载体，制备的产[33]品主要是大幅面平板。李正红等采用模压成型工艺制造木塑复合材料地板基材，结果发现：这种地板基材的力学性能良好，可以达到地板使用的技术指标要求。图1-4模压发泡过程简图Fig.1-4Hot-pressfoamingprocessdiagram1.4.3注塑发泡法注塑发泡是一种十分重要的成型法，注塑发泡成型技术的优点有：生产高效快捷，加工周期短产品性能良好，可以生产多种产品，加工过程产生的废料较少，但需要投入的成本过多。注塑发泡的过程如图1-5所示，首先，基体塑料与植物纤维在注塑机中受热熔融混合，然后，当使用化学发泡剂的话，由发泡剂受热分解产生的气体与混合物熔体混合并达到饱和状态，最后从喷嘴射出，冷却定型即可。如果使用物理发泡剂的话，则需要直接从机筒注入发泡剂，最后从喷嘴射出，冷却定型即可。通常情况下，为了提高其效率，注塑发泡法会和挤出发泡法一起使用，即先挤出成型后注塑发泡制样。通过注塑法成型的发泡产品不仅具有坚硬和理想的表[34]层，而且可以逐渐过渡到内部的纤维层，该产品具有更多的优势。8 硕士学位论文图1-5注塑发泡过程简图Fig.1-5Injectionfoamingprocessdiagram1.5木塑复合材料的界面结合理论任何两种材料通过一定的加工方式熔融融合在一起，必定存在一个界面结合的问题。对于木塑复合材料来说，一个好的配方，必须是里面各个组分在相容的过程中相容性是良好的，这样才能更好的发挥各个组分的功能性。复合材料的界面实质上是一个微小区域，这个微小区域是由基体与增强相彼此作用形成的。在木塑复合材料中，木塑复合材料的界面就是由基体塑料和增强相植物纤维彼此之间相互作用形成的微小区域。一般对复合材料的破坏往往都是从界面切入的，所以对于符合材料而言，一个良好的界面结合可以使复合材料的强度和刚度得到提高，进而影响到最终材料[35]的力学性能。植物纤维与塑料复合的手段大致可以分为两种，一种是直接将塑料树脂注入植物纤维当中，这种方法不会改变植物纤维的性能；另一种方法植物纤维与塑料[36]树脂熔融共混，这时候植物纤维结构与性能发生变化，对塑料起到填充作用。本论文制备的PVC/竹粉复合材料选择的是第二种植物纤维与塑料复合的手段，这种复合手段涉及到竹粉与PVC塑料基体之间的界面结合问题。PVC、竹粉以及一系列加工助剂通过一定的方式共混在一起，形成一个整体，在这一个过程中会形成界面层。界面层因为是由不同的形成机理形成的，所以形成结构也是不一样的。界面层的作用是使竹粉、PVC、加工助剂连接成一个整体，在材料之间传递应力，在受外力作用时还可以分散应力。1.5.1界面浸润理论1963年，界面浸润理论被提出。界面浸润理论认为物料在熔融的过程中良好浸润是至关重要的，完全浸润不容易在界面连接处产生空隙，会使基体塑料与植物纤维之间的结合强度大于塑料基体的内聚强度，从而让物料具有有良好的流动性，如果是不良浸润，那么则会在界面结合处产生一些不规则的泡孔，受到外9 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究[37-43]力作用时，应力不容易得到分散，木塑复合材料会断裂。由于可以看出，界面浸润理论在浸润的情况可以分为两种情况，一种是完全浸润，另一种就是不完全浸润。界面浸润理论也有一定的局限性，因为在界面浸润结合时不仅需要考虑浸润性，还需要考虑界面之间的粘接性能。在一个体系中，可能会出现组元之间浸润性良好甚至是极好，但是粘接能力差的情况。所以，良好的界面浸润性不一定会形成良好的界面结合。1.5.2化学键理论化学键理论指基体树脂与填充料中所含有的官能团能够发生反应形成一个界面区，或所加入的偶联剂能与基体树脂和填充料官能团起反应，从而明显改善[44]复合材料的界面结合力。它是一种应用最广的一种理论，其代表是用聚丙烯接枝马来酸酐对木粉进行接枝处理，可以有效的改善木粉与聚丙烯塑料基体之间的[45-47]界面相容性。在木塑复合材料实际加工过程中，通常都需要添加一些加工助剂比如增塑剂、偶联剂等等来进行改性处理，这也是为什么化学键理论能够成为目前应用最广泛的一种理论，而通过化学键理论，我们能够解释这种改性处理的原因和结果。所以，在加工制备木塑复合材料时，我们可以根据化学键理论来选择合适的加工助剂，或者制备新的加工助剂。1.5.3机械互锁理论机械互锁理论指的是：如果填料的表面粗糙不平，那么就会出现凹凸不平的结构和疏松填孔结构，当基体填充填料时，基体会进入或部分进入这些填料表面的孔或凹面，基体和填料的分子会彼此接触并发生表面不规则渗透，固化后，它[48-52]们会在界面区形成啮合结构，从而形成机械互锁。不管是填料与复合材料基体间界面的形成或者界面的破坏都是一个极其复杂的物理和化学过程，因此还没有一种理论能完善地解释各种界面现象。尽管如此，这些界面理论的提出与完善，[53]是复合材料界面改性应用的基础，也促进了各种界面改性方法的出现和发展。[54]丁筠等用氢氧化钠溶液处理纤维，结果表明，氢氧化钠溶液可以促使PVC树脂进入到木粉间隙中形成机械互锁，从而提升复合材料的性能。1.5.4弱界面层理论弱界面层是一种边界层特殊的称法，是因为在边界层中含有低强度的区域，所以称这种边界层为弱边界层。实质上是一种由多种因素共同的作用效果下，使一些低分子材料聚集在一起形成的低分子界面层。在形成复合材料的过程中，这10 硕士学位论文些低分子物质之所以能够通过吸附、扩散等途径在界面形成的弱界面层。由于在界面层，由于多种材料、多种因素共同作用下，使得界面层的内聚能和粘接强度下降了。因此复合材料中弱界面层的存在是不利于复合材料性能提高的。当然，若界面层是可以避免的，甚至可以通过改造去消除的。从界面发挥作用的微观角度，有许多研究者提出许多的改善理论。1.5.5界面扩散理论在复合材料的复合过程中，由于高温环境，各组分的分子相互作用，相互渗透，各组分的界面模糊，由内聚力的连接作用形成一个新的界面层。参与扩散的高聚物分子的种类、结构以及流动性决定了界面的扩散程度。通常当温度加热到相互接触的增强相和基体相材料的玻璃化转变温度以上时，高分子链就会剧烈运动，增强相和基体相的溶解度参数变得相近，塑料基体就越容易扩散到植物纤维[55-56]中。对于植物纤维与热塑性塑料复合形成复合材料的界面，我们不能用单独一种理论去解释它的界面结合性，因为每一种理论可能只能解释木塑复合材料界面结合性的一个方面，并不能解释所有方面。我们对复合材料界面结合理论研究的根本目的在于改善材料界面的相容性。因此，如果能够设计一个复合材料的界面，使这个界面可以满足材料不同领域应用的要求，这个界面就是界面理论研究的最高目标。1.6植物纤维改性关于植物纤维的改性有两种手段，一种是物理方法，一种是化学方法。1.6.1物理改性竹粉的物理改性方法是指通过一系列的物理手段处理，使竹粉的表面形态结构发生变化，使可及的表面和小孔增加，从而达到改善复合时界面结合的问题。物理改性方法往往直观而操作简易，包括热处理、放电处理、蒸汽爆破处理三种方法。（1）热处理法热处理法是一种常用的竹粉改性法，操作便捷，效果明显。竹粉表面含有大量的羟基，在这些羟基的作用下，竹粉表面会含有许多水分。竹粉表面含有太多的水分会使与塑料复合的界面相容性不能达到理想效果。通过热处理法加热烘干的竹粉，可以去除表面的部分结合水与游离水，在材料内部形成空隙，从而改善材料的界面性。（2）放电改性法11 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究[57]放电改性技术主要是电晕法、辐射法、低温等离子体法，放电法不会改变竹粉的整体性质。电晕法可以激活竹粉表面的醛基，能够达到改变竹粉表面能的目的。低温等离子体法通过所选择的气体不同，使竹粉表面发生一系列变化，达到与电晕法相同的效果。辐射法主要是使竹粉表面变得粗糙等以增强界面间的粘[58]结性能。放电改性法处理时间短，但加工设备造价昂贵不适合大规模应用。（3）蒸汽爆破法蒸汽爆破是通过改变压力差值，实现原料组分分离和结构变化的的一种方法。通过蒸汽爆破法能够降解竹粉中半纤维素，从而增强竹粉的强度和竹粉的表面积。蒸汽爆破是一种有效的方法，具有高效率、成本低廉、污染少甚至无污染、[59]能耗低、处理时间短、化学试剂用量少等优点。1.6.2化学改性竹粉的化学改性方法是通过选用合适的化学助剂对竹粉表面进行处理，使竹粉表面基团与极性得到改变，从而达到改善复合时界面结合的目的。（1）碱处理法通过加入适当的碱性溶液处理竹粉，去除掉竹粉内部部分果胶、木素、半纤维素及其它低分子杂质。使竹粉表面变得粗糙形成空腔，提高竹粉与塑料复合时[60-61]界面黏合力。碱性溶液处理竹粉，纤维原纤化也会发生，使得竹粉与塑料基[62-63]体的有效接触面积增加。碱性溶液处理这种改性方法的缺点是很明显的，在实际的生产加工中，大规模的木塑复合材料的生产，如果都是用碱性溶液来对植物纤维进行改性处理，那么必然会产生大量的碱性溶液废液，不处理的话必然对环境造成不可磨灭的损害，而处理的话在无形之中会增加生产加工的成本。（2）表面接枝法表面接枝法其实质就是将纤维进行酯化或者酰化处理。表面接枝法通常在溶液中进行，将特定的基团引入纤维中，使其易于分散在基体中，从而改变复合材料的相容性。表面接枝法的优势在于，与其他改性方法相比，其改性效果是最显著的。表面接枝法的改性效果受多种因素影响，如反应条件、反应浓度等，处理不当不仅不会改善复合材料的相容性，还会因为新的基团的形成破坏植物纤维原[64]有的性能。（3）添加偶联剂偶联剂作为植物纤维与基体塑料之间的―分子桥‖，偶联剂分子中含有两种不同化学性质的基团。这两种不同化学性质的基团，一方面，作用于植物纤维表面[65-66]的羟基，形成强的化学键合；另一方面，可与塑料基体发生物理作用。偶联剂改性纤维是近年来发展迅速的一种方法。偶联剂改性既可以降低植物纤维的吸水性能，也可以改善复合材料的相容性，是一种具有应用前景的改性方法。12 硕士学位论文每一种改性方法都有其独有的优势也有其缺点，在制备木塑复合材料时，我们需要考虑每一种改性方法，找到一种合适自身的方法。1.7本课题的研究意义及内容1.7.1本课题的研究意义在当前世界能源资源越发短缺紧张的形势下，寻求一种新型环保可再生的材料是极其必要的。用天然可再生的植物纤维填充常用的热塑性塑料，形成一种新型环保的木塑复合材料，既满足节省资源和能源消耗，达到使用的材料是天然或可再生、环境可降解的要求，并且能够通过加工助剂的加入可予其更多性能。新型的可环保的木塑复合发泡材料，相对于传统的纯塑料制品，可以极大的降低生产成本。不仅如此，植物纤维在提取过程中是通过机械方法，不会污染环境，符合当前环境形势需要。木塑复合发泡材料，较传统的的木塑复合材料其密度更低。一个总所周知的观点轻量化产品的研究有利于降低成本。出于对绝大部分不可再生的化石资源的考虑，伴随着在世界范围内应用量不断的扩展及加大，使其逐渐出现枯竭状态。因此，在节约资源，保护环境的大形势之下，如何合理开发新型节能资源便迫在眉睫，而木塑复合发泡材料研究的意义便在于此。1.7.2本课题的研究内容本论文制备的木塑复合发泡材料采用的植物纤维是竹粉，基体塑料是PVC塑料，并加入偶联剂，交联剂，发泡剂以及增塑剂等加工助剂加工而成。研究内容如下：（1）优化材料配方与加工工艺，对复合材料进行界面改性以及对竹粉进行改性；（2）选择所添加的竹粉、AC/ZnO复配物发泡剂、DOP增塑剂、铝钛复合偶联剂的含量为水平因素，以最终复合材料的表观密度为考量目标，设计了正交试验方案；（3）通过竹粉含量探讨了对PVC/竹粉复合发泡材料的表观密度、吸水性能、拉伸强度以及弯曲强度的影响；（4）通过AC/ZnO复配发泡剂含量探讨了对PVC/竹粉复合发泡材料的表观密度、回弹性能、拉伸强度以及弯曲强度的影响；（5）通过DOP增塑剂含量探讨了对PVC/竹粉复合发泡材料的表观密度、回弹性能、弯曲强度以及冲击强度的影响；（6）通过铝钛复合偶联剂含量探讨了对PVC/竹粉复合发泡材料的表观密13 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究度、吸水性能、拉伸强度以及弯曲强度的影响。14 硕士学位论文第二章材料配方与成型工艺优化复合材料由于能够同时兼具基体和填充材料的性能，因此受到人们越来越多的关注，应用的领域也越来越广泛。木塑复合发泡材料用植物纤维填充热塑性塑料，具有绿色、环保、低价的特点，但在加工复合的过程中，会因为加工助剂的选择、加工参数的不同以及材料自身结构等问题而影响最终木塑制品的性能，所以，在制备PVC/竹粉复合发泡材料之前，需要对材料配方进行与成型工艺优化处理。2.1竹粉改性处理竹粉是一种天然的植物纤维，作为一种植物纤维相较于传统的纤维具有许多显著的优势，但同时也有着一些缺点制约其进一步的发展与应用。竹粉因其表面粗糙不均在与基体塑料相结合的过程中容易出现相容性差的情况，同时竹粉还是一种天然高分子材料,表面分布大量的亲水性基团，容易和水分子形成分子内氢[67-68]键，让竹粉有较强的吸水性能。因此在与基体塑料复合之前对竹粉进行改性从而改善其性能是必要的。2.1.1竹粉TG分析图2-1竹粉TG图Fig.2-1BamboopowderTGdiagram由图2-1竹粉TG图可知，随着温度的升高，竹粉会出现三个失重阶段。第15 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究一失重阶段是在80℃之前，这一阶段由于加热温度升高，导致竹粉内含有的水分受热蒸发，造成失重，不会破坏竹粉的内部结构。第二失重阶段是230℃到290℃左右，这是因为竹粉内部的纤维素结构被破坏以及木质素和果胶等被分解，这一阶段竹粉的内部结构开始遭到破坏。第三失重阶段是290℃到500℃左右，在346.54℃出现45.02%的较大失重，这一阶段是因为竹粉中的纤维素被分解。从竹粉的TG曲线结果来看，在制备PVC/竹粉复合发泡材料之前，需要先对竹粉进行干燥，去除竹粉内部含有的水分，干燥温度应该在80℃左右。在制备PVC/竹粉复合发泡材料的过程中，要注意加工温度不能超过230℃，防止竹粉内部结构在加工过程遭到破坏和分解。2.1.2竹粉预处理为了尽量减少竹粉的粒径对本实验的影响，首先需要做的就是将竹粉进行筛除。本实验选择的竹粉粒径是80目的，所以将买来的竹粉在称取前用80目筛子进行筛选，去除大颗粒的竹粉，保证实验所用竹粉粒径大体相同。竹粉中含有水分，如果不去去除一定质量的水分，会对复合材料的性能造成影响，不同含水率的竹粉所合成的复合材料性能不同。为了减少竹粉含水率对复合材料性能的影响，故而在实验前需要对竹粉进行去除的水分的预处理。用电子天平称取实验所需一定质量的过80目筛的竹粉，然后放入80℃电热恒温鼓风干燥箱中进行干燥24小时，使竹粉吸水率低于8%。干燥完成之后加入一定比例的干燥好的PVC以及助剂在高速混合机中混合，先低速、再高速、最后再低速各3分钟，混合温度为低速30℃，高速60℃。竹粉的含水率（x）可以用多功能红外水分仪进行测试，计算公式如下：mm0x100%(2.1)m0其中m0、m分别是试样烘干前后的质量。2.2木塑复合材料的界面改性2.2.1未改性木塑复合材料的微观形态图2-2是没有经过改性处理的木塑复合材料微观形态，从图2-2可以看出，未处理的木塑复合材料界面纤维与塑料基体之间的分散性较差，纤维几乎是以团聚型包覆在塑料基体之间，界面相容性较差。相容性很差的界面必定会导致最终产品性能的下降。在当前，相容剂法是一种常用的木塑复合材料改性手段，分为高分子量聚合16 硕士学位论文物、共聚物增容剂、低分子量偶联剂等三种。其本质都是充当分子架桥的作用，促使植物纤维与基体塑料之间发生化学反应，从而改善界面相容性。(a)(b)(c)图2-2未处理的木塑复合材料微观形态Fig.2-2Micromorphologyofuntreatedwoodplasticcomposites2.2.2不同偶联剂对复合材料力学性能的影响不同种类的偶联剂对木塑复合发泡材料性能的影响是不同，本文选择含量均为2%的钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、铝钛复配物偶联剂、改性EVA、硼酸酯偶联剂，依次编号为A、B、C、D、E，测试不同偶联剂种类对木塑复合材料拉伸性能、弯曲性能的影响，结果如图2-3所示。从图2-3可以看出，不同种类的偶联剂对复合材料力学性能的影响是有差异的。其中，使用铝钛复合物偶联剂时，复合材料的拉伸强度为29.5MPa，弯曲强度为36.4MPa，改善的效果是最好的。这是因为铝钛复合物其长链分子有能够与天然聚合物植物纤维发生化学反应的链端，同时也具能够与基体树脂分子链发生物理缠绕的长分子链端，有效的起到了改善二者相容性的作用，从而使力学17 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究性能增加。通过对未处理的处理的木塑复合材料微观形态的观察以及不同种类的偶联剂对复合材料力学性能影响的比较，最终，本文选择铝钛复合物作为偶联剂。图2-3不同种类偶联剂对复合材料力学性能的影响Fig.2-3Influenceofdifferentcouplingagentoncompositesmechanicalperformance2.2.3木塑复合材料红外分析图2-4是木塑复合材料偶联处理前后的红外光谱图，从图2-4中可以看到，-1在未经偶联剂处理前，在3650-3200cm处有一个强宽的吸收峰，并且峰形尖锐，这一吸收峰是由于竹粉含有羟基所引起的，在加入了铝铝复合物偶联剂之后，这一吸收峰的强度明显的减弱了，原因在于铝钛复合物偶联剂与竹粉之间发生了反18 硕士学位论文应，消耗了大量羟基，所以导致吸收峰减弱，降低了材料的极性，改善了材料的-1-1相容性。未经偶联剂处理的图谱中2922.1cm、2853.1cm两处产生吸收峰，这-1是聚氯乙烯及纤维素中的－CH2基团引起的吸收峰，与此同时在1461.34cm产-1生了一个由－CH2振动引起的吸收峰。1074.77cm处的吸收峰是由纤维素分子-1中的C－O伸缩振动产生。竹粉还含有酯键等，因而会在1634.99cm处产生吸收峰。与未处理的相比，加入偶联剂处理的图谱中，有一些吸收峰消失或者减弱了，表明偶联剂与竹粉、聚氯乙烯中的某些官能团发生了化学反应，于两者间起连接作用，起到了改善二者相容性的作用。图2-4木塑复合材料偶联处理前后的红外光谱图Fig.2-4FTIRspectraofwoodplasticcompositesbeforeandaftercouplingtreatment2.3挤出成型工艺研究2.3.1喂料速度对复合材料成型的影响当竹粉与PVC以及其他加工助剂混合后，加入到挤出机挤出时，如果不注意喂料速度会形成块状材料，从而堵塞料筒。这是因为混合料本身结构蓬松，并且在下滑过程中相互挤压，受到挤压作用容易形成块状材料。此时不论喂料装置转速如何调节，都不会有混合物料加入。喂料的中断不仅会影响了制品质量也会使导致原料的浪费。更严重的是，时间一长机筒内物料就会烧焦变色，对机器造成不可磨灭的影响。不合适的喂料速度对复合材料的性能也会产生影响。竹粉表面粗糙，相互之间的阻力相对于PVC颗粒较大。当喂料速度过快时，因为相互之间的阻力作用，PVC能够轻易的加入挤出机中，而竹粉容易堆积形成堵塞，导致竹粉不能19 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究均匀的分散在物料当中，影响最终制品的质量。因此，在加工过程中，为了保证产品产量及质量，避免挤出机堵塞，得到连续、稳定的材料，一定要调节好喂料参数。2.3.2主机转速对复合材料成型的影响以聚氯乙烯为基料的制品或材料在加工过程中，如果主机转速过快，一方面在强剪切力的作用下，聚氯乙烯的降解更加迅速；另一方面，聚合物熔融所需时间大于聚合物熔体在机筒内的停留时间，无法充分塑化，严重影响塑化质量。如果主机转速过慢，聚合物熔融所需时间小于聚合物熔体在机筒内的停留时间，充分塑化，因停留时间长，导致聚氯乙烯降解。主机转速越高，挤出压力也越大，对发泡形成气泡核越有利，产生的气泡越多，发泡效果也越好；但是，主机转速过高，挤出压力也会过大，在一定程度上会抑制气泡的正常生长，甚至过大的压力还会造成气泡破裂、合并，影响最终发泡制品的性能。2.3.3加工温度对发泡倍率的影响为了获得泡孔均匀的发泡制品，机筒温度的设定起到关键作用，机筒温度设定过高，聚氯乙烯会降解，AC/ZnO复配物发泡剂更会提前分解，气体从排气口排出，得不到发泡制品或发泡效果不好；机筒温度设定过低，聚氯乙烯塑化不良，AC/ZnO复配物发泡剂不分解，从而得不到发泡制品。材料的发泡倍率对温度非常敏感，会随着温度的变化而发生显著变化。温度较低时，随着温度的升高，熔体强度下降，有利于气泡向外膨胀，因此，泡孔数量多，泡孔大小增大，材料的发泡倍率上升。但温度继续升高，当温度过高时，材料的熔体强度会显著下降，对泡孔的稳定生长不利，会导致泡孔发生破裂或合并现象，导致材料塌陷，使其发泡倍率降低。在设定挤出机温度时应该充分考虑加入的物料在挤出机筒内产生的物理、化学变化。加料段的温度不仅要能够保证物料可以快速的熔融，使物料分解产生气体的逃逸速度减慢，也要防止AC/ZnO复配物发泡剂的提前分解。压缩段以及计量段的温度设置要考虑发泡剂的分解以及竹粉烧焦、PVC分解等问题，这一段的温度设置要确保发泡剂能够正常分解、竹粉不会烧焦、PVC能够正常分解。机头的温度设置要使混合熔体保持良好的流动性的同时具有一定的黏度，使物料不会在机头发泡。查阅文献可知PVC的玻璃化温度在80℃左右，塑化温度在160℃至200℃之间。采用低温挤出能够使物料塑化充分，所以PVC/竹粉复合发泡材料的加工温度需要控制在160℃至180℃之间。20 硕士学位论文2.4本章小节本章通过对材料自身结构问题的探索，对竹粉进行了TG分析和预处理，以及对复合材料进行了界面改性；通过加入不同种类偶联剂对复合材料力学性能影响的不同，确定最终选用的偶联剂为铝钛复合物偶联剂；并且对复合材料的挤出成型工艺进行了探索与研究。通过对竹粉的改性、复合材料界面的改性以及对挤出成型工艺的探索与研究优化了材料配方与成型工艺。21 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究第三章实验部分3.1实验原料及仪器3.1.1实验原料表3-1实验原材料Table.3-1Experimentalmaterials原料名称生产厂家牌号或规格聚氯乙烯（PVC）新疆中泰化学股份有SG-5限公司竹粉龙门县胜龙竹木工艺80目制品厂热稳定剂聚乙烯蜡常州中胜伟业化工有工业级限公司氧化锌(ZnO)天津致远化学试剂有工业级限公司铝钛复合偶联剂济南恒瑞化工有限公工业级司邻苯二甲酸二辛酯天津盛通泰化工有限工业级（DOP）公司聚乙烯蜡（PEW）青岛凯杰森经济发展W1301有限公司硬脂酸（HSt）淄博丰森油脂化工有SA-800限公司3.1.2实验仪器及设备表3-2实验仪器及设备Table.3-3Experimentalinstrumentsandequipment设备名称厂家型号高速混合机张家港格兰机械有限公SHR-10A司电子天平上海兰科仪器有限公司ALC-210.3双螺杆挤出机南京科亚机械有限公司GTE-35电热恒温鼓风干燥箱上海跃进医疗器械厂101-4热重分析仪美国TA仪器公司Q50电子悬臂梁冲击试验机承德大华试验机有限公XJUD-5.5司多功能红外水分仪上海精密仪器公司天平DHS20-122 硕士学位论文仪器分公司扫描电子显微镜日本日立公司S-3000N微机控制万能试验机深圳新三思公司CMT600注塑机南京科亚机械有限公司3.2实验配方的设计本课题所制备的PVC/竹粉复合发泡材料，在制备的过程中加入了增塑剂、偶联剂、发泡剂等一系列加工助剂。加入的增塑剂是DOP增塑剂，DOP主要应用于PVC树脂的加工，它是一种通用型增塑剂，能够使PVC/竹粉复合发泡材料具有柔性，可以改善PVC/竹粉复合发泡材料制品的性能。加入的偶联剂是铝钛复配偶联剂，加入偶联剂的目的在于改善竹粉与PVC树脂之间的界面相容性。加入的发泡剂是AC/ZnO复配发泡剂，AC/ZnO复配发泡剂改善了纯AC发泡剂分解温度高并且分解温区窄等缺点，并继承了纯AC发泡剂发气量大，受热分解过程中产生的气体不容易逃逸出发泡体系的优点，对PVC/竹粉复合发泡材料的作用效果良好，合适的添加量能使PVC/竹粉复合发泡材料形成均匀的泡孔。本课题所制备的PVC/竹粉复合发泡材料，最终的目的是为了达到PVC/竹粉复合发泡材料轻量化的要求，即表征表观密度的变化。本文选用正交实验法，查阅文献可以知道，影响PVC/竹粉复合发泡材料表观密度因素有哪些，本文考虑的因素有植物纤维即竹粉的含量，发泡剂的含量，增塑剂的含量以及偶联剂的含量。涉及到四个因素的变化量，显然不在合适使用单因素法来设计实验，因素水平表如表3-3所示。表3-3PVC/竹粉复合发泡材料正交试验因素水平表Table.3-3OrthogonalexperimentalfactorsofPVC/bamboocompositefoamingABCD因素水平竹粉发泡剂增塑剂偶联剂110%5%5%1%220%10%10%1.5%330%15%15%2%440%20%20%2.5%550%25%25%3%如表3-3所示，为本课题设计的正交实验，其中，竹粉、发泡剂、增塑剂、偶联剂的质量分数比指的是占植物纤维竹粉与PVC树脂混合物的总质量的百分23 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究数。查阅文献可知，因素A与因素B是影响最终复合材料表观密度的主要因素，因素C与因素D为铝钛复合偶联剂，一般情况下对最终复合材料的表观密度的影响相对于因素A与因素B来说较小，因此，为了兼顾各项指标，提高实验精度，本实验采用综合平衡法进行实验分析，最后得出主要因素为ABCD，较优条件为A3B3C3D3，以此为基础单独考虑各水平因素A、B、C、D时，只变化考量因素的含量，其余因素的含量保持较优条件即可。3.3试样的制备本实验以硬质PVC为基体，竹粉为主要填充材料，辅以偶联剂、发泡剂和增塑剂等加工助剂，按照正交实验方案准备实验所需原料，按照实验方案的比例将实验原料均匀的混合在一起。制备流程图如图3-1所示：图3-1:发泡工艺流程图Fig3-1.Foamingprocessflowchart（1）首先用电子天平称取足量的经过预处理后的干燥竹粉，以及铝钛复配偶联剂、聚乙烯蜡；然后将称好的竹粉放入混合机中，依次将铝钛复配偶联剂以及聚乙烯蜡倒入高速混合机中混合10分钟。（2）首先用电子天平称取足量的干燥好的聚氯乙烯以及其他加工助剂。先将聚氯乙烯放入高速混合机中，然后将称取的聚氯乙烯以及其他加工助剂放入高速混合机中共混5分钟；关闭高速混合机。最后，将铝钛复配偶联剂、DOP倒入高速混合机中，待混合物吸收后，开启高速混合机，使加入的物料混合均匀，取出混合料。（3）将经过第一步和第二步混合完的料一起倒入高速混合机中混合，混合均匀后取出用密封袋密封，静置6小时以上，待用。（4）使用同向双螺杆配混挤出机这一系统的优点是，在环境含水的情况下，在加工木塑材料的同时进行物料的混合以及干燥，这能够更加充分的混合物料，增加其均匀度，并更加充分的干燥竹粉等易吸水的材料及其助剂。开启同向双螺24 硕士学位论文杆配混挤出机的电源，打开水阀，设置好温度区间，挤出温度设置如表3-4。开机预热1小时后使用高密度聚乙烯洗机，按下喂料主机、挤出主机以及水冷开关，喂料速度和主机速度设为3和5，将造好的粒分组，放入60℃恒温的电热恒温鼓风干燥箱干燥12h，准备注塑，注塑参数设置如表3-5。表3-4挤出机温度设置Table.3-4temperaturesettingofExtruder温度(℃)一区二区三区四区五区六区七区八区九区机头160165170175180175170165160155表3-5注塑机温度设置Table.3-5temperaturesettingofinjectionmoldingmachine温度(℃)1段2段3段4段5段1701751801751703.4测试与表征本实验所制备的PVC/竹粉复合发泡材料，制备成型后将其放入60℃的烘箱中去除表面水分而不影响性能。一部分试样进行回弹率测试，一部分进行拉伸强度、弯曲强度、冲击强度的测试，取这些测试样条的部分断面进行电镜扫描扫描测试。3.4.1拉伸强度测试与表征参照GB/T1040标准制作样条。拉伸速度为2mm/min。测试保持温度与湿度一致。每一组样条测试7组，然后取平均值。3.4.2密度测试与表征可以通过分别采用排水法、几何法来测试PVC/竹粉复合发泡材料和未发泡的PVC/竹粉复合材料的表观密度。对于PVC/竹粉复合发泡材料的表观密度可以通过下述公式计算。m0(3.1)foamedV其中m为试样质量，V为排出水的体积。025 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究对于未发泡PVC/竹粉复合材料的表观密度可以通过下述公式计算。m(3.2)unfoamedabc其中试样裁剪的规则长方体方块的质量、长度、宽度、厚度分别为m、a、b、c。3.4.3回弹性能的测试表征用游标卡尺测材料初始厚度d1。用万能材料力学试验中进行材料的回弹性能测试，将试样压缩至初始厚度的二分之一，保持5分钟，取出，静置10分钟，重新测定厚度记为d2。回弹率R可用下述公式进行计算：dd221回弹率R100%(3.3)d213.4.4弯曲强度的测试与表征参照GB/T9341-2008标准制作样条。沿试样的中部施加压力。试验机加载压头半径为5.0±0.1mm。每一组样条测试7组，然后取平均值。3.4.5冲击强度的测试与表征参照GB/T1843-2008标准制作样条。试样最佳尺寸为：长为80±2mm；宽为10.0±0.2mm。缺口形状采用B型缺口。每一组样条测试7组数据，然后取平均值。3.4.6吸水性能的测试与表征试样吸水率测试参照GB/T1034-1998标准进行表征。试样切成规则长方体。长20mm；宽20mm；高4mm。计算公式为mm21W100%(3.4)m0其中：W为试样含水率，%；m1——在50℃烘箱中干燥24小时，冷却后称量时的质量，g；m2——在23℃蒸馏水中浸泡48小时，吸干表面附着水后的质量，g。最终结果为重复3次的平均值。3.4.7微观形态的表征选取力学测试后的部分样条，将试样放入液氮内脆断。等脆断的试样干燥后，对试样断面进行电镜扫描拍照，从而得到扫描电镜照片。26 硕士学位论文3.4.8TG表征选取部分样条，利用热重分析仪检测，测试温度范围是室温至600℃，以10℃/分钟的速度升温。3.5本章小结本章介绍了课题实验所使用材料的厂家和型号，介绍了课题实验所使用设备的厂家和型号。通过正交实验，选用4个因素进行了大量的实验，并对实验制备的试样进行了大量的检测和表征。27 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究第四章实验结果与讨论4.1竹粉含量对材料性能的影响在实际的工业大规模加工与生产木塑复合材料的过程中，为了达到降低加工生产成本，并且改善材料性能的目的，会尽可能的多加入一些廉价的植物纤维比如竹粉去填充塑料。在加入竹粉的过程中，不同比例的竹粉含量会对复合材料性能的影响是不一样的。竹粉在PVC/竹粉复合发泡材料中以填充材料的形式存在，故而不同的竹粉含量对整个复合发泡材料性能的影响是不同，并且不同的竹粉含量对发泡材料和未发泡材料性能的影响也不同。竹粉含量过高，加工成型难度加大，成产成本变高，材料的韧性也下降。竹粉含量过低，材料的性能可能没有明显的改善。本章就针对竹粉含量的变化对复合材料性能的影响作出了进一步的分析与讨论。4.1.1竹粉含量对材料表观密度的影响图4-1竹粉含量对材料表观密度的影响Fig.4-1Effectofbamboopowdercontentontheapparentdensityofmaterials密度是木塑复合发泡材料的一个重要指标，不同的密度对塑复合发泡材料的影响是不同的。图4-1是不同的竹粉添加量下复合材料表观密度变化曲线图，如图4-1所示，随着竹粉添加量的逐渐增加，未发泡的PVC/竹粉复合材料的表观密度是不断增加的，具体表现趋势为随着竹粉含量的增多，未发泡的PVC/竹粉28 硕士学位论文复合材料的表观密度先呈缓慢增加状态，当竹粉添加量超过30%时，未发泡的PVC/竹粉复合材料的表观密度增长速度变得较为迅速。对于发泡的PVC/竹粉复合发泡材料而言，其表观密度随着竹粉添加量的增多，先呈迅速下降的趋势，在竹粉添加量为30%时，发泡的PVC/竹粉复合发泡材料表观密度最小，最小值为-30.896g·cm，在竹粉添加量为超过30%时，又呈上升趋势。整体而言，随着竹粉的添加量不断增加，未发泡PVC/竹粉复合材料的表观密度远远高于发泡的PVC/竹粉复合材料。相比较而言，发泡的PVC/竹粉复合材料密度平均降低了23%左右。-3本课题所选用的基体塑料PVC树脂的密度在1.355~1.465g·cm之间，植物-3纤维竹粉的密度处于0.5~0.65g·cm之间，在植物纤维与热塑性塑料复合时，因为两者个体之间的密度，所以两者复合时，因比例不同而复合材料的密度各异。对于未发泡的PVC/竹粉复合材料，在加工成型过程中，竹粉与PVC塑料结合时，不会产生泡孔形态，并且由于竹粉的粒径对结构的破坏，会使整个复合材料的密度增加。对于发泡的PVC/竹粉复合材料，适量的竹粉添加量能够轻易的在熔体中分散开来，能够有效的减少泡孔的坍塌以及破裂，对形成的泡孔起到包覆作用，增加整个复合材料的中泡孔数量，形成理想的发泡材料。对于整个PVC/竹粉复合发泡材料而言，其内泡孔数量增加，就会表现为材料体积增大，表观密度下降。但是，当竹粉的添加量的不断增加，也就是竹粉的添加量超过30%后，竹粉在溶体中的分散便不能达到理想效果，会出现抱团扎堆的现象，换言之，此时竹粉不仅对泡孔的包覆能力下降，而且在一定程度上会挤压泡孔的存在空间，造成逃逸现象。竹粉的添加量超过30%后，由于竹粉的不良分散，会导致发泡的PVC/竹粉复合材料内部泡孔分布不均匀，从而表现为发泡的PVC/竹粉复合材料表观密度增大。4.1.2竹粉含量对材料拉伸性能的影响图4-2所测数据的样条是发泡的PVC/竹粉复合材料，是不同竹粉添加量下PVC/竹粉复合材料拉伸强度变化曲线图。如图4-2所示，随着竹粉添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的拉伸强度以缓慢的速度增加，在竹粉的含量为30%时，发泡的PVC/竹粉复合材料的拉伸强度达到最大，最大发泡的PVC/竹粉复合材料拉伸强度为31.5MPa。当继续添加竹粉，使发泡的PVC/竹粉复合材料得竹粉含量超过30%时，发泡的PVC/竹粉复合材料的拉伸强度随着竹粉添加量的不断增多，呈现急速下降的趋势，在竹粉含量为50%时，发泡的PVC/竹粉复合材料的拉伸强度下降到了27.75MPa，相较于最大值下降了12%。29 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究图4-2竹粉含量对材料拉伸强度的影响Fig.4-2Effectofbamboopowdercontentontensilestrengthofmaterials对于整个木塑复合材料体系来说，竹粉所含比例低于PVC时，我们称之为PVC基复合材料，此时，PVC是受力主体，而竹粉只是起到填充作用。而当竹粉所含比例高于PVC时，此时整个体系不能称之为PVC基复合材料，而应该是竹粉基复合材料，此时PVC的作用会逐渐弱化。在竹粉的添加量不多时，由于PVC/竹粉复合材料中竹粉所含比例较低，因此竹粉在整个体系中容易分散。在竹粉添加量小于30%时，PVC仍为受力主体，竹粉的加入只是起到增强作用，并且此时PVC/竹粉复合材料发泡效果下产生的气泡还未长成稳定状态，气泡的表层壁较厚，在两者的作用下，此时整个PVC/竹粉复合材料表现为拉伸强度增加。进一步添加竹粉，使竹粉添加量超过30%，对整个PVC/竹粉复合材料而言，竹粉所含比例上升，必然会导致竹粉分布不均匀，出现凝聚。竹粉出现凝聚意味着大量的分子内氢键的产生，从而导致PVC/竹粉复合材料的拉伸强度下降，容易断裂。4.1.3竹粉含量对材料弯曲性能的影响图4-3所测数据的样条是发泡的PVC/竹粉复合材料，是不同竹粉添加量下PVC/竹粉复合材料弯曲强度变化曲线图。如图4-3所示，随着竹粉添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的弯曲强度先是以较快的速度持续增长，在竹粉添加量为30%时发泡的PVC/竹粉复合材料弯曲强度达到最大，最大发泡的PVC/竹粉复合材料弯曲强度为36.12MPa。当竹粉添加量不断增多，使竹粉含量超过30%后，30 硕士学位论文PVC/竹粉复合材料的弯曲强度呈现缓慢下降趋势。图4-3竹粉含量对材料弯曲强度的影响Fig.4-3Effectofbamboopowdercontentonbendingstrengthofmaterials当PVC/竹粉复合材料中竹粉所含比例较低时，竹粉容易分散，竹粉与PVC树脂的界面相容性良好。此时PVC树脂仍然占据大比例，使PVC/竹粉复合材料得性质更接近的PVC塑料，复合材料有较好的流动性，竹粉在PVC/竹粉复合材料起到增强的效果，具体表现随着竹粉含量的增多PVC/竹粉复合材料的弯曲强度不断增大，这也说明适量的植物纤维填充塑料能赋予新型的复合材料更好的性能。当竹粉添加量超过30%后，竹粉变大，PVC树脂的比例降低，在混合的过程中PVC树脂与竹粉无法均匀混合，出现竹粉抱团凝聚现象，在PVC树脂分布少的区域，竹粉之间的结合只有外力作用，从而影响PVC/竹粉复合材料的弯曲性能，使PVC/竹粉复合材料得弯曲强度降低。4.1.4竹粉含量对材料吸水性能的影响木塑复合材料成在实际应用过程中与水的接触是不可避免的，因此吸水性能也是PVC/竹粉复合材料一个考量指标。图4-4是不同竹粉添加量下PVC/竹粉复合材料在不同浸泡时间下的含水率百分比变化曲线。如图4-4所示，无论是怎么样的竹粉添加量，最终PVC/竹粉复合材料的含水率总会达到一个平衡值，然后无论浸泡时间如何增加含水率都不会再发生变化，但这个平衡值随竹粉添加量的不同而各异。31 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究图4-4浸泡时间对材料含水率的影响Fig.4-4Effectofsoakingtimeonthemoisturecontentofthematerials图4-5竹粉含量对材料吸水性能的影响Fig.4-5Effectofbamboopowdercontenonthewaterabsorbabilityofthematerials图4-5是不同竹粉添加量下发PVC/竹粉复合材料的吸水百分比变化曲线。如图4-5所示，无论是发泡还是未发泡的PVC/竹粉复合材料，其整体的吸水性能是随着竹粉添加量的增加而增加，其中发泡的PVC/竹粉复合材料的吸水性能32 硕士学位论文优于未发泡的PVC/竹粉复合材料。纯PVC塑料的吸水能力是很低的，PVC/竹粉复合材料的吸水能力主要来源于竹粉。竹粉表面含有大量的亲水性基团羟基，这些基团极易与水分子形成分子[69]内氢键，使得竹粉具有较强的吸水性能。随着竹粉的添加量不断增加，PVC/竹粉复合材料内竹粉比例变高，含有的羟基基体也变多。因此，PVC/竹粉复合材料与水分子的结合能力不断变强，吸水性能不断增加，含水率也不断增加直至饱和。故而，随着竹粉的添加量的增加以及浸泡时间的增加，PVC/竹粉复合材料含水率持续增加直至饱和。对于发泡材料而言，在发泡过程中，由于发泡剂的作用下，在PVC/竹粉复合材料中形成开孔结构的气泡。存在这些开孔结构的气泡发泡PVC/竹粉复合材料会在相较于没有存在这些开孔结构的气泡的未发泡PVC/竹粉复合材料更有利于水分在PVC/竹粉复合材料内部的分散，吸水能力也就越强。因此，发泡的PVC/竹粉复合材料的吸水能力始终强于未发泡的PVC/竹粉复合材料。4.1.5竹粉含量对材料泡孔形态的影响（a）（b）（c）图4-6竹粉对泡孔形态的影响Fig.4-6Effectofthecontentofbamboopowderonthecellshapeofthematerials图4-6所示a、b、c分别为竹粉含量为20%、30%、40%时的PVC/竹粉复33 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究合发泡材料的电镜扫描照片。如图4-6所示，随着竹粉添加量不断增加，PVC/竹粉复合材料断面所含泡孔逐渐出现并泡现象。这是由于竹粉添含量较低时，PVC/竹粉复合发泡材料的界面相容性较好，竹粉分散均匀，对气泡的包覆能力还较强，利于气泡的长大，所以竹粉含量低时，不易出现并泡现象。当竹粉含量超过30%后，PVC/竹粉复合发泡材料的界面相容性变差，熔体的黏性增加，竹粉分散不均匀，对气泡的包覆能力下降，气泡长大所受的阻力增加，所以竹粉含量高时，泡孔大小不均匀。并且竹粉含量过多时，PVC/竹粉复合发泡材料会出现气泡坍塌、并泡现象。4.2发泡剂含量对材料性能的影响在加工生产的过程中，为了达到降低木塑复合材料的密度，实现轻量化，使木塑复合材料的应用更为广泛的目的，往往需要添加发泡剂。AC作为一种化学发泡剂，以发气量大，受热分解过程中产生的气体不容易逃逸出发泡体系而广受使用，但纯AC发泡剂分解温度高并且分解温区窄，需要加入发泡剂促进剂来改善，故而本课题选用AC/ZnO复配物为发泡剂进行发泡。4.2.1AC/ZnO含量对材料表观密度的影响图4-7AC/ZnO含量对材料表观密度的影响Fig.4-7EffectofAC/ZnOcontentonapparentdensityofmaterials发泡剂是降低木塑复合材料密度，实现木塑复合材料轻量化的一种重要加工助剂。自然，在木塑复合材料中加入发泡剂，发泡剂对木塑复合材料密度的影响34 硕士学位论文是需要首要考量的。图4-7是不同AC/ZnO复配发泡剂添加量下PVC/竹粉复合材料表观密度变化曲线图。如图4-7所示，随着复配发泡剂添加量的不断增加，PVC/竹粉复合材料的表观密度呈现迅速下降的趋势，当发泡剂的含量达到15%时，PVC/竹粉复合材料的表观密度降低到最小值，PVC/竹粉复合材料最小表观-3密度为0.96g·cm。当复配发泡剂的含量超过15%时，PVC/竹粉复合材料的表观密度开始缓慢回升。AC/ZnO复配发泡剂对PVC/竹粉复合材料密度的影响主要通过发泡产生气体形成的气泡数量与状态来实现的。PVC/竹粉复合材料在发泡过程之中，随着发泡剂的分解产生大量气体，这些气体会形成气泡核并随着发泡剂的增多和继续分解最终长大成气泡。在发泡剂添加量低于15%时，长大的气泡在整个PVC/竹粉复合材料发泡体系中可以充分膨胀，进而使得PVC/竹粉复合材料的密度降低。继续加入发泡剂使发泡剂含量超过15%后，此时PVC/竹粉复合材料的表观密度又开始上升，出现这一现象主要有两个原因。首先，随着发泡剂含量的增加，发泡释放的气体量也增加，使得原先充分膨胀的气泡的气泡壁承受不住这么大的压力而使得气泡破裂；其次，大量的发泡剂分解会释放过量的热量，造成PVC树脂的熔体强度降低，从而对气泡的包覆能力降低。两者共同作用下，使得当发泡剂含量超过15%后，PVC/竹粉复合材料的表观密度上升。4.2.2AC/ZnO含量对材料回弹性能的影响图4-8AC/ZnO含量对材料回弹率的影响Fig.4-8EffectofAC/ZnOcontentonspringbackrateofmaterials35 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究对于木塑复合材料来说，形变也是一个考量指标。对于PVC/竹粉复合材料而言，不同添加量的发泡剂显然会对其形变造成不能的影响。图4-8是不同AC/ZnO复配发泡剂添加量下PVC/竹粉复合材料回弹率变化曲线图。如图4-8所示，随着复配发泡剂添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的回弹率先是以较快的速度持续增长，在发泡剂添加量为30%时发泡的PVC/竹粉复合材料回弹率达到最大，最大发泡的PVC/竹粉复合材料回弹率为91.5%。继续添加发泡剂，当发泡剂添加量不断增多，使发泡剂含量超过15%后，PVC/竹粉复合材料的回弹率呈现下降趋势。在PVC/竹粉复合材料发泡过程中，适量的发泡剂含量也就是发泡剂添加量低于15%时，PVC/竹粉复合材料的密度增加。在PVC/竹粉复合材料受到外力挤压变形，因为大量的气泡的泡孔存在，在泡孔内部足量的气体压力作用下可以缓慢恢复，故而此时PVC/竹粉复合材料的回弹率会随着发泡剂的含量增加而增强，形变性能也得到了加强。当发泡剂的添加量超过15%时，过量的发泡剂使用，产生过量的气体，造成PVC/竹粉复合材料内部泡孔大小各异，气泡破裂，泡孔数量相较于适量的发泡剂添加量时减少。故而此时PVC/竹粉复合材料在外力作用下，没有足够的泡孔内部的气体压力作用使PVC/竹粉复合材料恢复形变，表现为随着发泡剂的添加量增多，PVC/竹粉复合材料回弹率下降，形变能力下降变差。4.2.3AC/ZnO含量对材料拉伸性能的影响图4-9是不同AC/ZnO复配发泡剂添加量下PVC/竹粉复合材料拉伸强度变化曲线图。如图4-9所示，随着复配发泡剂添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的拉伸强度先是以较快的速度持续降低，在发泡剂添加量为15%时发泡的PVC/竹粉复合材料拉伸强度降至最低，最小发泡的PVC/竹粉复合材料拉伸强度为23.25MPa。当发泡剂添加量继续增多，使发泡剂含量超过15%后，PVC/竹粉复合材料的拉伸强度又呈现缓慢上升趋势。出现图4-9所示现象的原因在于，在发泡剂添加量低于15%时，适量的发泡剂添加量，PVC/竹粉复合材料的发泡过程比较稳定。此时随着发泡剂添加量的增加，PVC/竹粉复合材料内部有大量的气泡在长大，气泡与气泡之间的接触面积减少，相应的泡孔与泡孔之间的作用力也降低。当PVC/竹粉复合材料受到外力作用时，容易造成应力集中，表现为拉伸强度降低。故而此时，随着发泡剂添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的拉伸强度随之降低。当继续添加发泡剂，使发泡剂的含量大于15%时，PVC/竹粉复合材料内部泡孔大小各异，气泡破裂，泡孔数量相较于适量的发泡剂添加量时减少。相应的气泡与气泡之间的接触面积增大，泡孔与泡孔之间的附着力增大。当PVC/竹粉复合材料受到外力作用时，36 硕士学位论文不容易造成应力集中。故而此时，随着发泡剂添加量的增加，PVC/竹粉复合材[70-71]料的拉伸强度随之增加。图4-9AC/ZnO含量对材料拉伸强度的影响Fig.4-9EffectofAC/ZnOcontentontensilestrengthofmaterials4.2.4AC/ZnO含量对材料弯曲性能的影响图4-10AC/ZnO含量对材料弯曲强度的影响Fig.4-10EffectofAC/ZnOcontentonbendingstrengthofmaterials37 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究图4-10是不同AC/ZnO复配发泡剂添加量下PVC/竹粉复合材料弯曲强度变化曲线图。如图4-10所示，随着复配发泡剂添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的拉伸强度先是以急快的速度持续降低，几乎是直线下降，在发泡剂添加量为15%时PVC/竹粉复合材料弯曲强度降至最低，最小的发泡PVC/竹粉复合材料弯曲强度为28.12MPa。当发泡剂添加量继续增多，使发泡剂含量超过15%后，PVC/竹粉复合材料的拉伸强度又呈现上升趋势，此时上升速度相较于下降速度要缓慢一些。出现图4-10所示现象的原因在于，在发泡剂添加量低于15%时，适量的发泡剂添加量，PVC/竹粉复合材料的发泡过程比较稳定。此时随着发泡剂添加量的增加，PVC/竹粉复合材料内部有大量的气泡在长大，泡孔与泡孔之间的皮层变薄，气泡与气泡之间的接触面积减少，相应的泡孔与泡孔之间的作用力也降低。故而此时，随着发泡剂添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的拉伸强度随之降低。当继续添加发泡剂，使发泡剂的含量大于15%时，PVC/竹粉复合材料内部气泡数量过多，单个气泡生存的空间减少，出现并泡现象，在气泡完全膨胀的过程中，挤压越发严重，造成气泡破裂。当PVC/竹粉复合材料受到外力作用时，气泡数量的降低，受力接触面积变大，不容易造成应力集中。故而此时，随着发泡剂添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的拉伸强度随之增加。4.2.5AC/ZnO含量对材料泡孔形态的影响图4-11所示a、b、c分别为竹粉含量为10%、15%、20%时的PVC/竹粉复合发泡材料的电镜扫描照片。如图4-11所示，随着发泡剂的含量的不断增加，PVC/竹粉复合发泡材料试样的断面泡孔数量不断增加，发泡剂含量为15%时，PVC/竹粉复合发泡材料发泡效果最好。这是因为发泡剂含量较低时，发泡剂在发泡过程中分解产生的气体不足，只能够产生少量泡孔，虽然能够使PVC/竹粉复合材料产生发泡效果，但效果不好。当发泡剂含量为15%时，泡孔数量较多且大小均匀，结构较为稳定，发泡效果好。当发泡剂含量较多时，大量的发泡剂分解会释放过量的热量，造成PVC树脂的熔体强度降低，从而对气泡的包覆能力降低，从而出现并泡现象，泡孔结构也发生改变。38 硕士学位论文（a）（b）（c）图4-11AC/ZnO含量对材料泡孔形态的影响Fig.4-11EffectofAC/ZnOcontentoncellshapeofmaterials4.3DOP含量对材料性能的影响PVC树脂在加工过程中，由于加热使得PVC树脂内部的分子链激烈运动，分子链间的作用力下降，分子间隔增大。通常为了赋予PVC树脂在熔融过程中的流动性，需要加入增塑剂来减少PVC树脂内部的分子间隔，增强PVC树脂的塑性。在DOP是一种通用型增塑剂，主要用于PVC的加工，故而本课题所选用的增塑剂为DOP。4.3.1DOP含量对材料表观密度的影响图4-12是不同DOP增塑剂添加量下PVC/竹粉复合材料表观密度变化曲线图。如图4-12所示，随着DOP添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的表观密度先是以急快的速度持续降低，几乎是直线下降，在DOP添加量为15%时PVC/竹粉复合材料表观密度降至最低，最低的PVC/竹粉复合材料表观密度为1.042-3g·cm。当DOP添加量继续增多，使DOP含量超过15%后，PVC/竹粉复合材料的表观密度又呈现上升趋势，此时上升速度相较于下降速度要缓慢一些。39 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究图4-12DOP含量对材料表观密度的影响Fig.4-12EffectofDOPcontentonapparentdensityofmaterials在添加的DOP增塑剂含量不足15%时，适量的DOP的加入，增加了PVC树脂在熔融过程中的流动性。此时，随着DOP含量的不断增多，PVC/竹粉复合材料在发泡过程中泡孔数量增多，气泡分布均匀并且能够良好的膨胀，表现为随着DOP含量的不断增多，PVC/竹粉复合材料表观密度不断下降。在添加的DOP增塑剂含量超过15%时，过量的DOP的加入，容易出现DOP聚集现象，导致PVC/竹粉复合材料发泡效果降低，泡孔数量减少，体积变小。故而此时随着DOP含量的不断增多，PVC/竹粉复合材料的密度又呈现上升趋势。4.3.2DOP含量对材料回弹性能的影响图4-13是不同DOP增塑剂添加量下PVC/竹粉复合材料回弹率变化曲线图。如图4-13所示，随着DOP添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的回弹率先是以较快的速度上升，在DOP添加量为15%时PVC/竹粉复合材料回弹率上升到最大，最大的PVC/竹粉复合材料回弹率为87.98%。当DOP添加量继续增多，使DOP含量超过15%后，PVC/竹粉复合材料的回弹率又呈现下降趋势。在添加的DOP增塑剂含量不足15%时，适量的DOP的加入，DOP内的基团可以与PVC/竹粉复合材料内的基团发生反应，减弱PVC与竹粉间的作用力，从而赋予PVC/竹粉复合材料柔性。在外力作用下，由于PVC/竹粉复合材料是柔性的，富有弹性，能够在外力退去后良好的恢复形变。故而此时，PVC/竹粉复合材料表现为随着DOP含量的不断增多，PVC/竹粉复合材料回弹率上升。在添40 硕士学位论文加的DOP增塑剂含量超过15%时，过量的DOP的加入，不仅不利于让PVC/竹粉复合材料变柔软，更会容易出现DOP聚集现象。由于DOP聚集使PVC/竹粉复合材料得熔体强度降低了，在外力作用后，不能够良好的恢复形变。故而此时，PVC/竹粉复合材料表现为随着DOP含量的不断增多，PVC/竹粉复合材料回弹率下降。图4-13DOP含量对材料回弹率的影响Fig.4-13EffectofDOPcontentonspringbackrateofmaterials4.3.3DOP含量对材料弯曲性能的影响图4-14是不同DOP增塑剂添加量下PVC/竹粉复合材料弯曲强度变化曲线图。如图4-14所示，随着DOP添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的弯曲强度先是以较快的速度上升，在DOP添加量为15%时PVC/竹粉复合材料弯曲强度上升到最大，最大的PVC/竹粉复合材料表弯曲强度为34.56MPa。当DOP添加量继续增多，使DOP含量超过15%后，PVC/竹粉复合材料的弯曲强度又呈现缓慢下降趋势。在添加的DOP增塑剂含量不足15%时，适量的DOP的加入，赋予了PVC树脂在熔融加工过程中的流动性。PVC树脂在加工过程中受热温度升高，DOP分子能够插入PVC的分子链中，二者能够互溶不发生排斥作用，从而使PVC与竹粉分子间的作用力减弱。故而此时，PVC/竹粉复合材料表现为随着DOP含量的不断增多，PVC/竹粉复合材料弯曲强度迅速升高。当DOP含量超过15%时，过量的DCP使DOP与PVC分子之间互溶之后，仍然剩余DCP，剩余DCP此时41 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究充当于填料，使得PVC/竹粉复合材料的塑料增加。故而此时，随着随着DOP含量的不断增多，PVC/竹粉复合材料弯曲强度开始下降。图4-14DOP含量对材料弯曲强度的影响Fig.4-14EffectofDOPcontentonbendingstrengthofmaterials4.3.4DOP含量对材料冲击性能的影响图4-15DOP含量对材料冲击强度的影响Fig.4-15EffectofDOPcontentonimpactstrengthofmaterials42 硕士学位论文图4-15是不同DOP增塑剂添加量下PVC/竹粉复合材料冲击强度变化曲线图。如图4-15所示，随着DOP添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的弯曲强度是先快速增加后缓慢增加的，整体是一直持续不断增加上升趋势的，在DOP添加-2量为25%时PVC/竹粉复合材料冲击强度可以达到为8.9KJ·m。出现图4-15所示现象的原因在于，DOP作为增塑剂，DOP小分子能够渗入到PVC大分子链，使分子链间的作用力下降，分子间隔增大，表现为冲击强度[72]上升。故而，随着DOP含量的不断增加，PVC/竹粉复合材料的冲击强度是不断增加的。4.3.5DOP含量对材料泡孔形态的影响（a）（b）（c）图4-16DOP含量对材料泡孔形态的影响Fig.4-16EffectofDOPcontentoncellshapeofmaterials图4-16所示a、b、c分别为DOP含量为10%、15%、20%时的PVC/竹粉复合发泡材料的电镜扫描照片。如图4-16所示，随着DOP增塑剂含量的不断增加，PVC/竹粉复合发泡材料的界面发泡效果是先变好再变差，DOP含量为15%时，PVC/竹粉复合发泡材料的发泡效果最好。在DOP含量较低时，随着DOP含量的不断增多，PVC与竹粉分子间的作用力减少，对气泡的包覆能力增强，所以，此时泡孔数量增多，泡43 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究孔大小均匀，PVC/竹粉复合发泡材料密度降低，发泡效果越来越好。当DOP的含量达到20%时，由图4-16可以看出，泡孔尺寸变大了，出现泡孔坍塌和并泡现象，这是由于DOP的过量添加，造成PVC/竹粉复合发泡材料的整体强度降低，从而导致发泡效果变差了。故而此时，随着DOP含量的增加，过量的DOP含量会使得PVC/竹粉复合发泡材料的发泡效果变差。4.4偶联剂含量对材料性能的影响偶联剂又称为表面改性剂，可以改善PVC树脂与竹粉复合材料的界面性能，提高复合材料的功能性。本文选用的偶联剂为铝钛复合偶联剂，它兼具钛酸酯偶联剂以及铝酯酸偶联剂的特性。由于铝钛复合偶联剂含有铝和钛双金属原子，能够拥有比传统的钛酸酯偶联剂以及铝酯酸偶联剂更优异的功能性。铝钛复合偶联剂能够更好的改善PVC树脂与竹粉复合材料的界面性能，降低材料粘度，提高材料的功能性。4.4.1偶联剂含量对材料表观密度的影响图4-17偶联剂含量对材料表观密度的影响Fig.4-17Effectofthecontentofaluminumtitaniumcompoundcouplingagentontheapparentdensityofmaterials图4-17是不同铝钛复合偶联剂添加量下PVC/竹粉复合材料表观密度随偶联剂添加量改变的变化曲线图。如图4-17所示，随着铝钛复合偶联剂添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的表观密度呈现迅速下降的趋势，当偶联剂的含量达到44 硕士学位论文2%时，PVC/竹粉复合材料的表观密度降低到最小值，PVC/竹粉复合材料最小表-3观密度为0.98g·cm。当复合偶联剂的含量超过2%时，PVC/竹粉复合材料的表观密度开始缓慢回升。在添加的铝钛复合偶联剂含量不足2%时，适量的偶联剂的加入，会使竹粉中的羟基基团与复合偶联剂中的分子长链发生脱水反应。这些脱水反应的发生，能够使PVC树脂的非极性得到降低，从而达到改善PVC/竹粉复合材料的界面相[73]容性目的。此时，由于偶联剂的作用，PVC树脂与竹粉之间的相容性得到了改善，相应的发泡形成的PVC/竹粉复合发泡材料对发泡产生的气泡包覆能力也得到了增强，故而能够使气泡得到完全膨胀的机会，表现为PVC/竹粉复合材料的表观密度下降。在添加的铝钛复合偶联剂含量超过2%时，过量的偶联剂的加入，容易在PVC/竹粉复合材料表面形成多分子层，使被包覆的气泡密封性变差，会发生气体逃逸PVC/竹粉复合材料体系，泡孔坍塌的现象，体积变小，PVC/竹粉复合材料的密度又呈现上升趋势。4.4.2偶联剂含量对材料回弹性能的影响图4-18偶联剂含量对材料回弹率的影响Fig.4-18Effectofthecontentofaluminumtitaniumcompoundcouplingagentonthespringbackrateofmaterials图4-18是不同铝钛复合偶联剂添加量下PVC/竹粉复合材料回弹率变化曲线图。如图4-18所示，随着铝钛复合偶联剂添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的表观密度呈现迅速上升的趋势，当偶联剂的含量达到2%时，PVC/竹粉复合材料45 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究的回弹率增加到最大值，PVC/竹粉复合材料最大回弹率为91.3%。当偶联剂的含量超过2%时，PVC/竹粉复合材料的回弹率开始下降。出现图4-18这样变化的原因在于铝钛复合偶联剂的加入，而铝钛复合偶联剂中含有钛酸酯基。在PVC/竹粉复合材料复合的过程中，由于钛酸酯基的加入，竹粉中的羟基基团会与之发生，从而减少羟基的含量，能够降低竹粉分子之间的凝聚现象，从而使竹粉能够更好的分散在PVC树脂当中，使得PVC/竹粉复合材料的界面相容性变好，对气泡的包覆能力也变强，使得PVC/竹粉复合材料在受到外力时，不会应力集中，外力散去时，能够更好的恢复形变，从而在这过程中PVC/竹粉复合材料的回弹率是上升的。当偶联剂的含量超过2%时，过量的偶联剂的加入，由于羟基的大量减少，使得整个PVC/竹粉复合材料对气泡的包覆能力下降，会发生气体逃逸PVC/竹粉复合材料体系，泡孔坍塌的现象，使PVC/竹粉复合材料在外力作用过后恢复形变能力减弱，从而在这过程中PVC/竹粉复合材料的回弹率是下降的。4.4.3偶联剂含量对材料拉伸性能的影响图4-19偶联剂含量对材料拉伸强度的影响Fig.4-19Effectofthecontentofaluminumtitaniumcompoundcouplingagentonthetensilestrengthofmaterials图4-19是不同铝钛复合偶联剂添加量下PVC/竹粉复合材料拉伸强度变化曲线图。如图4-19所示，随着铝钛复合偶联剂添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的拉伸强度先缓慢后迅速整体呈现上升的趋势，当偶联剂的含量达到2%时，46 硕士学位论文PVC/竹粉复合材料的拉伸强度增加到最大值，PVC/竹粉复合材料最大拉伸强度为29.5MPa。当偶联剂的含量超过2%时，PVC/竹粉复合材料的拉伸强度开始下降。出现图4-19所示现象的原因在于，PVC/竹粉复合材料中的竹粉和PVC树脂官含有的能团能够发生反应，形成一个界面。在偶联剂添加量低于2%时，适量的偶联剂添加量，会使PVC/竹粉复合材料的界面结合力得到改善，界面相容性也得到改善，从而使复合材料的拉伸性能得到提高。故而此时，随着偶联剂添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的拉伸强度随之增加。当继续添加偶联剂，使偶联剂的含量大于2%时，过量的偶联剂覆盖在竹粉表面，会使竹粉与PVC树脂之间的界面相容性差，不仅不会增强PVC/竹粉复合材料的拉伸强度，还会导致PVC/竹粉复合材料的拉伸强度降低。故而此时，随着偶联剂添加量的增加，PVC/[74]竹粉复合材料的拉伸强度随之降低。4.4.4偶联剂含量对材料弯曲性能的影响图4-20偶联剂含量对弯曲强度的影响Fig.4-20Effectofthecontentofaluminumtitaniumcompoundcouplingagentonthebendingstrengthofmaterials图4-20是不同铝钛复合偶联剂添加量下PVC/竹粉复合材料弯曲强度变化曲线图。如图4-20所示，随着铝钛复合偶联剂添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的弯曲强度先缓慢后迅速整体呈现上升的趋势，当偶联剂的含量达到2%时，PVC/竹粉复合材料的弯曲强度增加到最大值，PVC/竹粉复合材料最大拉伸强度为36.36MPa。当偶联剂的含量超过2%时，PVC/竹粉复合材料的弯曲强度开始下降。47 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究偶联剂用量较少即偶联剂含量不超过2%时，偶联剂在PVC树脂与竹粉之间分子桥梁作用能够正常体现，并且不会对竹粉表面进行过量的包覆，PVC/竹粉复合材料界面相容性良好，复合材料的力学性能得到了增强。故而此时，随着偶联剂添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的弯曲强度随之增加。当继续添加偶联剂，使偶联剂的含量大于2%时，过量的铝钛复合偶联剂会在PVC树脂与竹粉之间形成弱基质层，造成竹粉与PVC树脂之间界面结构不均匀，降低材料的界面作用力，导致PVC/竹粉复合材料力学性能变差。故而此时，随着偶联剂添加量的增加，PVC/竹粉复合材料的弯曲强度随之降低。4.4.5偶联剂含量对材料泡孔形态的影响（a）（b）（c）图4-21偶联剂含量对材料泡孔形态的影响Fig.4-21Effectofthecontentofaluminumtitaniumcompoundcouplingagentonthecellshapeofmaterials如图4-21所示a、b、c分别为偶联剂含量为1.5%、2%、2.5%时的PVC/竹粉复合发泡材料的电镜扫描照片。如图4-21所示，随着铝钛复合偶联剂含量的不断增加，PVC/竹粉复合发泡材料的界面相容性先变好再变差，偶联剂含量为2%时，PVC/竹粉复合发泡材料的界面相容性最好。这是因为偶联剂含量低时，适量的偶联剂能够起到界面改性48 硕士学位论文的作用，此时，随着偶联剂含量的增加，偶联剂对PVC/竹粉复合发泡材料的界面相容性改善效果也增加。当偶联剂含量达到2%时，由图4-21可以看出，有大量的PVC树脂渗入竹粉间隙，并且相容性好，这就说明偶联剂含量为2%，对PVC/竹粉复合发泡材料的界面相容性改善效果最好。当偶联剂含量超过2%时，过量的会使偶联剂PVC/竹粉复合发泡材料内的PVC树脂与竹粉之间形成弱基质层，不利于PVC/竹粉复合发泡材料相容性的改善。4.5本章小结本章从所设计的正交实验中，选用的四个水平因素的角度，分别分析了它们对最终制备的PVC/竹粉复合材料性能的影响。结果发现，它们都会在一定程度上改变复合材料的性能。但都有一个共同的变化：它们都在一定程度上降低了复合材料的表观密度，也就是说最终实验结果达到了设计的正交实验的目的，实现了最终对材料轻量化的要求。不仅如此，还发现适当的添加量，它们都会改善复合材料的功能性。49 PVC/竹粉复合发泡材料的制备及性能研究第五章总结与展望5.1总结本课题所制备的PVC/竹粉复合发泡材料，所选用的发泡剂为AC/ZnO复配物发泡剂，增塑剂为DOP增塑剂，偶联剂为铝钛复合偶联剂。通过对PVC/竹粉复合发泡材料成型机理的探索和研究，研究了竹粉对PVC/竹粉复合发泡材料的表观密度、拉伸强度、弯曲强度、吸水性能的影响；研究了发泡剂对PVC/竹粉复合发泡材料的表观密度、拉伸强度、弯曲强度、回弹性能的影响；研究了增塑剂对PVC/竹粉复合发泡材料的表观密度、冲击强度、弯曲强度、回弹性能的影响；研究了偶联剂对PVC/竹粉复合发泡材料的表观密度、拉伸强度、弯曲强度、回弹性能的影响；具体研究及结论如下：（1）优化材料配方与加工工艺，对复合材料进行界面改性以及对竹粉进行改性。（2）选择所添加的竹粉、AC/ZnO复配物发泡剂、DOP增塑剂、铝钛复合偶联剂的含量为水平因素，以最终复合材料的表观密度为考量目标，设计了正交试验方案。（3）随着竹粉含量的增加，PVC/竹粉复合发泡材料表观密度是先减后增的，拉伸强度、弯曲强度是先增后减，吸水性能是持续增长的。竹粉的含量为30%-3时，PVC/竹粉复合发泡材料表观密度最小为0.896g·cm，拉伸强度最大为31.5MPa，弯曲强度最大为36.12MPa。未发泡的PVC/竹粉复合材料的密度是随竹粉含量的增加而增加的。发泡材料的密度比未发泡材料的密度降低了23%。（4）发泡剂对PVC/竹粉复合发泡材料的力学性能影响是最大的。在发泡剂含量增加的过程中，PVC/竹粉复合发泡材料的表观密度、力学性能都是先减后增的，只有回弹率是先增后减的。，PVC/竹粉复合发泡材料表观密度最小为0.96-3g·cm，拉伸强度最小为23.25MPa，弯曲强度最小为28.12MPa，回弹率最大为91.5%，此时发泡剂含量为15%。（5）增塑剂DOP的含量对PVC/竹粉复合发泡材料的回弹性能影响是最大的。随着增塑剂DOP含量的增加，PVC/竹粉复合发泡材料表观密度是先减后增的，冲击强度是持续增长的，回弹率、弯曲强度是先增后减。DOP的含量为15%-3时，PVC/竹粉复合发泡材料表观密度最小为1.042g·cm，回弹率最大为87.98%，弯曲强度最大为34.56MPa。DOP的含量为25%时，PVC/竹粉复合发泡材料的-2冲击强度可以达到8.9KJ·m。50 硕士学位论文（6）铝钛复合偶联剂主要影响的是PVC/竹粉复合发泡材料的界面相容性，即对力学性能和密度造成影响。随着偶联剂含量的增加，PVC/竹粉复合发泡材料表观密度是先减后增的，回弹率、拉伸、弯曲强度都是先增后减。PVC/竹粉-3复合发泡材料表观密度最小为0.98g·cm，回弹率最大为91.3%，拉伸强度最大为29.5MPa，弯曲强度最大为36.36MPa，此时偶联剂含量为2%。5.2展望本文虽然对PVC/竹粉复合发泡材料进行了一系列的研究，但是由于本人能力和一些加工设备的限制，在这一方面的研究还有许多的不足以及进步空间。主要在于没有通过不同方法对植物纤维进行改性、加工助剂选择比对以及不同成型技术对PVC/竹粉复合发泡材料性能的研究。为了弥补本文的不足以及进一步的研究PVC/竹粉复合发泡材料，可以做以下探索和研究：（1）PVC加工过程中热稳定性不足，当前的热稳定剂都存在着一些不足，故而针对这一问题可以研究新型更有效的热稳定剂。（2）材料复合时，因为不同改性方式，不同类型型号的PVC树脂选择以及不同的加工助剂都会对PVC/竹粉复合发泡材料的性能产生影响，进一步研究中可以全面的考虑这些因素（3）PVC/竹粉复合发泡材料在实际生产的应用上，针对使用寿命问题，可以进行PVC/竹粉复合发泡材料的耐老化研究。51 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