论文总字数：23648字

摘 要

在马来酸酐接枝高密度聚乙烯（HDPE-g-MAH）改性基础上，采用亚临界流体（Subcritical Fluids）挤出法制备木塑复合材料（WPC），研究亚临界流体种类（去离子水、正丙醇和乙醇）与温度对木塑复合材料综合力学性能的影响。实验利用傅立叶变换红外光谱分析（FTIR）、差示扫描量热仪（DSC）和扫描电镜（SEM）分别对复合材料的化学组成、热变形温度和界面形貌做了相应的研究。结果表明，亚临界流体的高温高压可以对木纤维起到很好的溶胀效果，一定程度上打破木素、半纤维素对纤维素的包裹作用，增加木纤维表面粗糙度和表面积；亚临界流体还可以降低复合体系的表观粘度，增加木纤维在基体中的分散性，明显促进基体与木纤维之间的机械捏合与酯化反应，增加界面强度；FTIR分析表明，经亚临界流体改性后，复合材料表面生成—C=O且在亚临界乙醇条件下峰强最强；DSC分析表明，亚临界流体可以增加分子链间的键合作用使得复合材料熔融温度提高；SEM分析表明，亚临界流体，特别是亚临界乙醇条件下，木粉在树脂基体中具有优异的分散性，且断面处的断裂形式主要以基体断裂为主。在亚临界乙醇条件下，温度为170℃时，HDPE基木塑复合材料综合力学性能最佳，其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别达到了32.85MPa、42.03 MPa、3443 MPa和1.45kJ·m^-2。

关键词：木塑复合材料 亚临界流体 界面强度 力学性能

Preparation of HDPE based composite by subcritical fluid extrusion

——Study on the influence of subcritical fluid

Abstract

In this paper, wood plastic composites (WPC) were fabricated with HDPE-g-MAH in subcritical fluid to study the effect of supercritical fluid types (deionized water, n-propanol, ethanol) and temperature on mechanical properties of WPC. The chemical composition of WPC was evaluated using TTIR techniques. Thermal transition temperature and microstructure have done with DSC and SEM. The results indicate that the high temperature and high pressure of subcritical fluid can increase the swelling effect of wood fiber, which can increase the surface roughness and surface area of wood fiber; subcritical fluid can also reduce the apparent viscosity of composite system and increase the dispersion of wood fiber in the matrix. Subcritical fluid can obliviously increase the interfacial adhension between the wood fibers and the matrix by promoting mechanical kneading and chemical reaction, thereby further improve the comprehensive mechanical properties of WPC. In the condition of subcritical ethanol and 170 ℃, the mechanical properties of HDPE/wood flour composite are best. Its tensile strength, flexural strength, flexural modulus and impact strength are 32.85 MPa, 42.03 MPa, 3443 MPa and 1.45 kJ • m^-2, respectively.

Key Words: wood plastic composites; subcritical fluids; interface strength; mechanical properties

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 本论文研究意义与内容 1

第二章 文献综述 3

2.1 木塑复合材料 3

2.1.1 木塑复合材料简介 3

2.1.2 木塑制品的性能 3

2.1.3 木塑制品的技术进展 4

2.1.4 木塑制品的应用 4

2.1.5 木塑制品的市场前景 4

2.1.6 木塑制品的制备技术 5

2.2 HDPE简介 6

2.3 亚临界流体 7

2.3.1 亚临界流体简介 7

2.3.2 亚临界流体性质 8

2.5 界面改性 11

2.5.1 热处理法 12

2.5.2 蒸汽爆破处理法 12

2.5.3 碱处理法 13

2.5.4 表面物理加工 13

2.5.5 马来酸酐接枝物聚合改性 14

2.5.6 硅烷偶联剂 15

第三章 实验部分 18

3.1 实验原料 18

3.2 实验仪器 18

3.3 试样制备 19

3.4 力学性能测试 20

3.5 傅立叶变换红外光谱(FTIR)测试 20

3.6 差示扫描量热（DSC）分析 20

3.7 扫描电镜（SEM）观测 20

第四章 结果与讨论 21

4.1 亚临界流体下WPC的力学性能 21

4.2 WPC抽提后的FTIR 22

4.3 WPC的DSC 24

4.4 WPC的拉伸断面形貌 25

第五章 结论 27

参考文献 28

致谢 31

第一章 绪论

1.1 引言

木材是家具、装潢和建筑等行业的基础材料。目前由于市场对于高质量木材需求量的不断增加导致大量的森林资源被过度砍伐^[1]。此时，极需寻求一种可以替代高质量木材的新型环保可持续材料^[2,3]。现代生活中塑料已经变得无处不在，小到简单的生活用品大到昂贵的家用电器，从日常办公用品到高端的实验仪器，这都说明塑料的广泛存在^[4]。当然在享受塑料带给我们生活上便利的同时，不可避免的也被白色污染所困扰。废旧塑料已经成为城市生活垃圾的最主要部分。森林资源的短缺、废固的处理都已成为全球极需解决的问题。木塑复合材料作为减缓目前森林资源短缺、石油资源短缺、环境污染等问题的手段已经被很多科学工作者所熟悉和研究^[4-7]。

但是木塑复合材料仍然存在一定的技术问题，如基体与木纤维之间相容性差、木纤维分子间和分子内氢键引起的集聚、分散不均等问题。目前较为普遍的改性方法主要是通过添加相容剂、偶联剂等助剂，如马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂，提高木塑复合材料综合性能。

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