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摘 要

研究了以超细二氧化硅和纳米碳酸钙为添加剂填充麦秸秆热塑性复合材料，并对复合材料进行了力学性能检测以及电镜观察。试验结果表明：超细二氧化硅和纳米碳酸钙相比于普通二氧化硅和普通碳酸钙的分散性更好，具有更优的填充效果；综合考虑，当超细二氧化硅和纳米碳酸钙的添加量为10%时，复合材料的力学性能达到最优，其中，以超细二氧化硅为添加剂的复合材料拉伸强度为16.15MPa，弯曲强度为38.31Mpa，冲击强度为3.34Mpa，以纳米碳酸钙为添加剂的复合材料拉伸强度为15.96MPa，弯曲强度为41.47Mpa，冲击强度为3.64Mpa。通过电镜观察表明，麦秸秆在复合材料中分散良好，结合较为紧密，形成了三维网状结构。

关键词：麦秸秆 高密度聚乙烯 秸塑复合材料 力学性能

Study on Superfine SiO₂ / Nano - CaCO₃ Reinforced Straw - Plastic Composites

Abstract

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In this paper, the microstructures of wheat straw were filled with superfine silica and nano calcium carbonate as additives. The mechanical properties of the composites were examined and observed by electron microscopy. The results show that the superfine silica and nano-calcium carbonate are better than those of ordinary silica and ordinary calcium carbonate, and have better filling effect. When the superfine silica and nano-calcium carbonate When the content of the composites is 10%, the mechanical properties of the composites are optimized. The tensile strength of the composite with ultrafine silica as additive is 16.15MPa, the flexural strength is 38.31Mpa and the impact strength is 3.34Mpa. Nano-calcium carbonate as the additive composite tensile strength of 15.96MPa, bending strength of 41.47Mpa, the impact strength of 3.64Mpa. The results showed that wheat straw was well dispersed in the composites, and the microstructures were formed.

Key Words:Wheat straw;High density polyethylene;Straw plastic composite; Mechanical properties

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 课题研究的背景 1

1.1.1秸塑 1

1.1.2 超细二氧化硅 1

1.1.3 纳米碳酸钙 1

1.1.4 国内外研究现状及发展趋势 2

1.2 本课题研究的内容 3

1.3 现实意义 3

第二章 试验材料与方法 5

2.1 材料 5

2.1.1 实验材料 5

2.1.2 试验原料 6

2.1.3 主要试验设备 6

2.1.4 试验试剂 7

2.2 方法 8

2.2.1 试验材料的显微观察 8

2.2.2 SEM显微观察方法 8

2.2.3 秸秆粉的纤维素含量测定 9

2.2.4 半纤维素含量的测定 10

2.2.5 酸性洗涤木质素（ADL）含量的测定 11

2.2.6 灰分含量测定 12

2.2.7 拉伸性能测试 12

2.2.8 弯曲性能测试 13

2.2.9 冲击性能测试 13

2.3 标准件的加工工艺 14

第三章 结果与讨论 16

3.1 秸秆粉特性测定结果 16

3.1.1 秸秆粉纤维素含量的测定 16

3.1.2 半纤维素含量的测定 16

3.1.3 秸秆粉木质素的含量测定 16

3.1.4 秸秆粉灰分含量的测定 16

3.2 复合材料的力学性能测定结果 16

3.2.1 拉伸性能分析 16

3.2.2 弯曲性能分析 17

3.2.3 冲击性能分析 18

3.3 秸塑复合材料的电镜分析 19

第四章 总结 21

参考文献 22

致谢 24

第一章 文献综述

1.1 课题研究的背景

1.1.1秸塑

木材作为一种可再生、可持续利用的生态环境资源，对于人类的日常生活意义重大。但是，中国人口众多，对木制产品的消耗量很大，因此，其已经无法为人类的正常生活提供保障。而在我国，秸秆的储量十分丰富，但是秸秆的焚烧或掩埋处理已经造成了严重的环境问题，这点在雾霾等环境问题上尤为明显[1]。中国作为农业大国，理论上能够收集到7亿吨左右的秸秆废弃物，如果将这些废弃物加工成初级秸塑，就可得到7000亿元以上的收益，发展前景十分乐观。若我们从产品的强度、耐用性、原料成本等角度出发，可以发现，秸塑复合材料比木塑复合材料的前景更加广阔，秸塑复合材料完全可以替代木塑复合材料[2-5]。“秸塑”工艺在中国产生，并且在中国的原料供给非常普遍，特别是由官方导出的麦秸秆的收集系统。由以上内容可知，发展秸塑势在必行。所以，如何增强秸塑复合材料的性能，便成了当今材料学研究的重要内容。而超细二氧化硅和纳米碳酸钙作为小粒径的物质，在有机体中会有更好的分散性和相容性，对于复合材料性能的增加有着更加杰出的优势[6]。

1.1.2 超细二氧化硅

超细二氧化硅作为一种微米级别的二氧化硅粒子，其在复合材料中拥有着良好的分散性能，我们一般将粒径为0.2µm以下到纳米级（一般为1-100nm）的粒子称为超细二氧化硅[7-8]。超细二氧化硅是一种没有味道、环保的精细化学品。其之所以被普遍使用在塑料产品、生物药品、粘合剂等方面，是因为它不仅仅具有石英砂的一些特性，还另外拥有一系列自身的效能：例如容积效能等等，这些效应使超细二氧化硅成为工业生产中不可缺少的原料之一。另外，超细硅磷粉的应用除了体现在上述几个方面外，在医疗制药、农业种植、食材加工等行业也发展迅猛。但是，超细二氧化硅作为填料添加到秸塑复合材料中的研究仍处于初级探索阶段，国内对这方面的报道很少。

1.1.3 纳米碳酸钙

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