添加可降解材料的PP基复合材料性能研究

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聚丙烯(PP)塑料具有轻质高强的特点,被广泛应用于汽车、包装、机械等领域,由于汽车等工业的快速发展,PP塑料的用量不断加大,伴随塑料使用量的增加产生了一系列的问题,其中最严重是石油资源消耗和环境污染问题。近年来,全世界对可持续发展和环境保护的意识越来越强,我国也加强环保法律规范推动生产方式向着环境保护方向发展。减少塑料使用对石油资源消耗和环境污染具有重要意义。为提高塑料材料经济性和环境友好性,本课题选择使用量很大的PP塑料,通过添加可降解的植物纤维以及聚乳酸(PLA)和塑化木薯淀粉制备PP复合材料,对复合材料力学性能和吸水性能等进行研究,并对拉伸断面微观结构进行分析,主要内容和结论如下:(1)对比四种植物纤维(椰糠、棕榈、狼尾草、麦秸秆)的理化性能及四种植物纤维/PP复合材料力学性能。研究表明,四种植物纤维具有与木质纤维相似的成分和热性能;四种植物纤维/PP复合材料中,麦秸秆复合材料性能最好,其弯曲强度为23.7MPa、弯曲模量为1.6GPa、拉伸强度为16.7MPa、冲击性能为2.3KJ/m2,其24h吸水率为3.2%,拉伸断面显示麦秸秆复合材料两相结合最好。(2)使用水热处理和微波处理方法对麦秸秆进行预处理,并分别与PP制备复合材料。研究表明,水热处理复合材料力学性能较好,其弯曲强度为25.5MPa、弯曲模量为1.9GPa、拉伸强度为18.5MPa、冲击强度为2.5KJ/m2,相比未处理复合材料力学性能,弯曲强度为23.7MPa、弯曲模量为1.6GPa、拉伸强度为16.7MPa、冲击强度为2.3 KJ/m2,提升幅度很小。(3)对比几种麦秸秆含量的麦秸秆/PP复合材料。研究表明,麦秸秆添加量为30%时复合材料力学性能最好,其弯曲强度为27.1 MPa、弯曲模量为1.8GPa、拉伸强度为18.8MPa、冲击强度为2.43 KJ/m2,与纯PP塑料力学性能非常接近,纯PP弯曲强度为30.1 MPa、弯曲模量为1.9GPa、拉伸强度为20.3MPa、冲击强度为2.5 KJ/m2。其拉伸断面结构可知基体对麦秸秆有较好的包裹、两相结合较好,复合材料24小时吸水率随着麦秸秆添加量的增加而加大、表面疏水性随着麦秸秆含量的增加而降低。(4)分别添加聚乳酸(PLA)和塑化淀粉(DF)制备麦秸秆/PP/PLA复合材料和麦秸秆/PP/DF复合材料。研究表明,两种复合材料在麦秸秆含量10%时力学性能均最高,麦秸秆/PP/PLA复合材料的弯曲强度、弯曲模量拉伸强度、冲击强度分别为25.5MPa、1.64GPa、17.7MPa、2.26KJ/m2,麦秸秆/PP/DF复合材料弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、冲击强度分别为27.31 MPa、1.72 GPa、18.23 MPa、2.28 KJ/m2;两种复合材料的24h吸水率均比麦秸秆/PP复合材料高、疏水性比秸秆/PP复合材料差;PLA和塑化淀粉均以团聚颗粒状态存在于PP基体之中起到增强作用。(5)比较注塑成型与模压成型制备的麦秸秆/PP复合材料。研究表明,注塑成型麦秸秆/PP复合材料力学及疏水性能优于模压成型,注塑成型复合材料力学性在麦秸秆添加量20%时最大,其弯曲强度为42.8MPa、弯曲模量为1.9GPa、拉伸强度为25.9MPa、冲击强度为3.5KJ/m2,与注塑纯PP塑料力学性能非常接近,注塑纯PP弯曲强度为43.1 MPa、弯曲模量为1.94GPa、拉伸强度为26.3MPa、冲击强度为3.7 KJ/m2;注塑成型复合材料拉伸断面更加致密,其24h吸水率比模压成型复合材料低,其疏水性优于模压成型复合材料。(6)比较注塑成型与模压成型制备的麦秸秆/PP/PLA复合材料和麦秸秆/PP/DF复合材料。研究表明,注塑成型麦秸秆/PP/PLA复合材料和麦秸秆/PP/DF复合材料力学及疏水性能优于模压成型,来自注塑成型复合材料力学性能均在麦秸秆含量10%时最大,麦秸秆/PP/PLA复合材料的弯曲强度为31.8 MPa、弯曲模量为1.87GPa、拉伸强度为22.4 MPa、冲击强度为3.1 KJ/m2,麦秸秆/PP/DF复合材料的弯曲强度为38.8MPa、弯曲模量为1.92 GPa、拉伸强度为25.2MP a、冲击强度为2.95KJ/m2;注塑成型复合材料拉伸断面孔洞较少、界面结合较好,其24h吸水率比模压成型复合材料低,其疏水性优于模压成型复合材料。
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