油茶殼粉聚丙烯復(fù)合材料

1、項(xiàng)目名稱油茶殼粉/聚丙烯復(fù)合材料力學(xué)性能研究油茶殼/高分子基復(fù)合材料的研究項(xiàng)目來源自主立題 教師指導(dǎo)選題起止時間自 2010 年11 月至 2011 年 11 月 申請金額1000元申請人情況姓名胡騰芳性別女出生年月1989.05民族漢學(xué)院材料工程學(xué)院專業(yè)化學(xué)工程與工藝年級2008項(xiàng)目組成員情況姓名性別出生年月學(xué)院專業(yè)年級簽字胡騰芳女1989.05材料工程學(xué)院08化學(xué)工程與工藝鄭珍黎女1989.03材料工程學(xué)院08化學(xué)工程與工藝張利金男1989.02材料工程學(xué)院08化學(xué)工程與工藝徐麗平女1990.11材料工程學(xué)院09化學(xué)工程與工藝指導(dǎo)教師情況姓名黃 彪職稱教授、博導(dǎo)所在學(xué)科化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院材

2、料工程學(xué)院E-mail 電話88160598簽字附件4福建農(nóng)林大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)題報告書項(xiàng)目完成及取得的成果情況：（限500字以內(nèi)）將油茶殼粉（OTS）和聚丙烯/聚乙烯分別按照一定比例混合后，在不加偶聯(lián)劑的條件下，將其按國家標(biāo)準(zhǔn)注塑成型，通過對OTS/PP和OTS/PE復(fù)合材料的力學(xué)性能（拉伸性能、沖擊性能、彎曲性能）等進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，隨著OTS用量的增加，OTS/PP及OTS/PE復(fù)合材料的彎曲模量隨OTS用量的增加而增加，但彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、沖擊韌性及斷裂伸長率降低。當(dāng)OTS含量為30%時，OTS/PP復(fù)合材料的彎曲模量為1184.04GPa，比純聚丙烯（PP）的彎曲模量7

3、85.33GPa提高了50.77%。從總體上看，OTS/PP復(fù)合材料的拉伸性能和沖擊性能比OTS/PE復(fù)合材料的要好。油茶殼粉（OTS）加入量為30%時，復(fù)合材料的綜合性能最佳。由此表明，在未加入偶聯(lián)劑時，油茶殼粉與PP或PE樹脂基體可以較好的粘結(jié)在一起，由此也證明了油茶殼粉中含有的親油基團(tuán)，在一定程度上可以起到偶聯(lián)劑的作用。由此表明，在沒有偶聯(lián)劑的情況下，油茶殼粉與PP或PE樹脂基體亦可較好復(fù)合，從而證明油茶殼中的親油性官能團(tuán)，在復(fù)合過程中起到了偶聯(lián)作用，因此其在一定程度上可充當(dāng)偶聯(lián)劑的功能。 本課題的研究為油茶殼在高分子復(fù)合材料的應(yīng)用方面，以及油茶殼高品位資源化綜合利用方面提供了科學(xué)依據(jù)。

4、經(jīng)費(fèi)使用情況：原料費(fèi)：300元 實(shí)驗(yàn)輔助費(fèi)：100元材料檢測費(fèi)：500元 其他：100元總計(jì)：1000元學(xué)院專家評價意見： 專家簽名 ： 年 月 日學(xué)院意見：同 意 結(jié) 題！ 分管院長簽名： 2011年10月28日教務(wù)處審核意見： 教務(wù)處蓋章年 月 日附件2：聚丙烯/油茶殼粉復(fù)合材料力學(xué)性能研究但論文中OTS/PP，OTS/PE復(fù)合材料。油茶殼/高分子基復(fù)合材料力學(xué)性能研究該文章進(jìn)一步修改補(bǔ)充后，投林業(yè)科學(xué)刊物。題目：油茶殼/聚丙烯復(fù)合材料力學(xué)性能研究（只寫與PP復(fù)合的數(shù)據(jù)的研究。）福建農(nóng)林大學(xué) 胡騰芳 鄭珍黎 張利金 徐麗平（福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院化學(xué)工程系 福建福州 350002 作者簡

5、介：胡騰芳（1989-）、女，福建龍巖，本科在讀，化學(xué)工程與工藝。鄭珍黎（1989-）、女，福建三明，本科在讀，化學(xué)工程與工藝。張利金（1989-）、男，福建三明，本科在讀，化學(xué)工程與工藝。徐麗平（1990-）、女，福建泉州，本科在讀，化學(xué)工程與工藝。）指導(dǎo)教師：黃彪教授摘要：在不添加偶聯(lián)劑的條件下利用塑料注塑成型機(jī)等制備油茶殼粉聚丙烯/聚乙烯復(fù)合材料，并研究了不同含量油茶殼粉（OTS）對復(fù)合材料流變性、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、沖擊吸收功、沖擊韌性、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率的影響，并對兩種復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：與純PP/純PE相比，不同含量油茶殼粉與純PP/純PE制得的復(fù)合材料對彎曲

6、強(qiáng)度影響并不大，但隨著油茶殼粉含量逐漸增加，所制得的復(fù)合材料在沖擊吸收功、沖擊韌性、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率方面都呈下降趨勢，唯有彎曲模量隨油茶殼粉含量的增加而增強(qiáng)。而當(dāng)油茶殼粉含量達(dá)到60%時，復(fù)合材料并不能很好地成型。關(guān)鍵詞：油茶殼粉； PP；PE；復(fù)合材料；力學(xué)性能；加工成型當(dāng)今社會隨著人們生活水平的提高，單一材料或簡單復(fù)合材料在很多情況下無法滿足人們的需要，科學(xué)工作者做了很多努力，通過兩種或多種材料進(jìn)行混合，依據(jù)組分及其含量，復(fù)合結(jié)構(gòu)類型的不同，得到不同的復(fù)合材料，以提高或改善復(fù)合材料的某些性能，滿足人們的各種需求。油茶具有很高的綜合利用價值，茶籽粕中含有茶皂素、茶籽多糖、茶籽蛋白等，它們

7、都是化工、輕工、食品、飼料工業(yè)產(chǎn)品等的原料，油茶殼就是其果實(shí)的外殼，茶籽殼還可制成糠醛、活性炭等 ，茶殼還是一種良好的食用菌培養(yǎng)基。在過去，油茶殼都被當(dāng)作廢物遺棄掉，它所含有的價值一直沒有被二次回收利用起來，本文綜合利用油茶殼粉對純PP/PE某些性能的優(yōu)點(diǎn)，將油茶殼粉分別與純PP和純PE混合制取其復(fù)合材料，研究了復(fù)合材料的流變性、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、沖擊吸收功、沖擊韌性、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率與油茶殼粉含量的關(guān)系，并對兩種復(fù)合材料的性能進(jìn)行了比較。一、實(shí)驗(yàn)部分1.原料PP，K8303，中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司；PE，DMDA8008，獨(dú)山子石化集團(tuán)；油茶殼粉，60目，福建農(nóng)林大學(xué)茶

8、葉研究所。2.試驗(yàn)儀器與設(shè)備表1 主要設(shè)備一覽表設(shè)備名稱規(guī)格型號生產(chǎn)廠家微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)CMT 6104型深圳市新三思計(jì)量技術(shù)有限公司真空干燥箱DZF-6020型上海慧泰儀器制造有限公司擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)ZBC-25B型深圳市新三思材料檢測有限公司轉(zhuǎn)矩流變儀XSS-300型上?？苿?chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司強(qiáng)力塑膠粉碎機(jī)PC-400A型潮州市龍河塑膠機(jī)械有限公司塑料注塑成型機(jī)HY-500型寧波海鷹塑料機(jī)械有限公司3.復(fù)合材料的制備將油茶殼粉使用前在108 °C烘箱中干燥24h，以除去顆粒表面吸附的水分，以便油茶殼粉在樹脂基體聚合物中的分散并減少團(tuán)聚。將油茶殼粉分別與PP和PE按比例1：9

9、、3：7、6：4（質(zhì)量比）混合均勻，一共六組，接著投入轉(zhuǎn)矩流變儀密煉，并把密煉好的混合物用粉碎機(jī)粉碎成綠豆般大小，置于烘箱中干燥8h。干燥完用HY-500塑料成型機(jī)分別將其按國家標(biāo)準(zhǔn)注塑成型，同時注塑純PP和純PE作為對照組。注塑時射嘴、料筒一段、二段、三段的溫度依次設(shè)定為195 °C、190 °C、180 °C、160 °C，射膠一段二段的壓力分別為70bar、60bar。4.性能測試?yán)煨阅埽喊碐B/T 10401992測試；彎曲強(qiáng)度：按GB/T 93411988測試；沖擊性能：按GB/T 10431993測試；流變性能用轉(zhuǎn)矩流變儀測試，溫度為185

10、 °C，轉(zhuǎn)速為40rpm。二、結(jié)果與討論1. OTS用量對復(fù)合材料流變性能的影響圖1示出了OTS用量對OTS/PP復(fù)合材料扭矩的影響。從圖1可以看出，在混煉轉(zhuǎn)速為40rpm下， OTS用量為10%時，復(fù)合材料的混煉最大扭矩最高，為79.3N·m，且到達(dá)最大扭矩時間短；OTS用量為30%和60%時，復(fù)合材料的最大扭矩降低至31.5N·m，且到達(dá)最大扭矩的時間延長很多。圖1表明，隨著油茶殼粉（OTS）含量的增加，復(fù)合材料的混煉變得困難，但混煉均勻以后，復(fù)合材料的平衡扭矩相差不大1。2.OTS用量對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響（1） 對彎曲強(qiáng)度的影響圖2是OTS用量對OTS/

11、PP，OTS/PE復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的影響。從圖2可看出，隨著OTS用量的增加，兩種復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度均略微下降；OTS/PP復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度總體上較OTS/PE復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度大。（2）對彎曲模量的影響圖3是不同OTS含量對兩種復(fù)合材料的彎曲模量的影響。從圖3可以看出，OTS/PP復(fù)合材料隨OTS用量的增加先減小后上升，而OTS/PE復(fù)合材料隨OTS含量的增加而增加。當(dāng)OTS含量為30%時，OTS/PP復(fù)合材料的彎曲模量為1184.04GPa，比純聚丙烯（PP）的彎曲模量785.33GPa提高了50.77%。由此可知，加入30%OTS以后，復(fù)合材料抵抗彎曲變形的能力提高了。這是由于油茶殼粉

12、中含有大量親油基團(tuán)，可與PP基體發(fā)生強(qiáng)烈粘結(jié)，從而提高了復(fù)合材料抗彎曲的能力。 （3）對沖擊吸收功和沖擊韌性的影響圖4、圖5是不同OTS用量兩種復(fù)合材料沖擊吸收功、沖擊韌性的影響。從圖4、圖5可以看出：OTS/PP復(fù)合材料的沖擊吸收功和沖擊韌性隨OTS含量的增加而變化一致，都是先減小后增大再減??；而OTS/PE復(fù)合材料的沖擊吸收功和沖擊韌性隨OTS含量的增加而減小。這是因?yàn)樽鳛榉稚⑾嗟挠筒铓し鄄荒芙K止裂紋或產(chǎn)生吸收沖擊能，而使基體中產(chǎn)生應(yīng)力集中，填充體系的體系增加，沖擊性能下降。隨著填料油茶殼粉填充量的增加，其所占的體積比例增大，同時油茶殼粉分散性變差，顆粒堆砌嚴(yán)重，不僅提供了更多的應(yīng)力集中點(diǎn)

13、，而且嚴(yán)重影響了作為主要受力部分的PP或PE基體的連續(xù)性，另外，纖維素分子本身不易發(fā)生運(yùn)動，當(dāng)受到外力作用時，不能依靠改變結(jié)構(gòu)來吸收沖擊能量，即沖擊吸收功也隨之下降。因此，隨著油茶殼粉含量的增加，復(fù)合材料的韌性降低，沖擊強(qiáng)度下降。但相比之下，OTS/PP復(fù)合材料總體上要比OTS/PE復(fù)合材料的沖擊性能好。 （4）對拉伸強(qiáng)度的影響從圖6可以看出，隨著OTS用量的增加，兩種復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度下降。其原因可能是：隨著OTS用量的增加，纖維含量也增加，纖維素中的羥基容易形成分子內(nèi)及分子間氫鍵，使纖維在體系中分散不均；另一方面，由于OTS密度較小，隨著OTS填充量的增加，容易出現(xiàn)纖維的團(tuán)聚現(xiàn)象，使其熔體

14、流動性降低，成型困難，聚集的顆粒引起材料的應(yīng)力集中及產(chǎn)生缺陷的幾率增大，降低了樹脂基體產(chǎn)生塑性變形的能力。而OTS/PE復(fù)合材料比OTS/PP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度下降得快，這是由PP和PE各自的性能和結(jié)構(gòu)所決定的。（5） 對拉伸強(qiáng)度的影響圖7是不同OTS含量對兩種復(fù)合材料斷裂伸長率的影響。從圖7可以看出，隨著OTS含量的增加，兩種復(fù)合材料的斷裂伸長率都降低。當(dāng)OTS用量達(dá)到25%時，OTS/PP復(fù)合材料斷裂伸長率的下降幅度變緩。實(shí)際上，作為一種典型的熱塑性塑料，PP或PE在斷裂時具有較高的伸長率，加入OTS以后，由于OTS的的剛性作用，使復(fù)合材料的伸長率降低。三、總結(jié)在未加偶聯(lián)劑的條件下，隨著O

15、TS用量的增加，OTS/PP及OTS/PE復(fù)合材料的彎曲模量隨OTS用量的增加而增加，但彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、沖擊韌性及斷裂伸長率降低?？傮w上看，OTS/PP復(fù)合材料的拉伸性能和沖擊性能比OTS/PE復(fù)合材料的要好。說明在一定程度上，油茶殼粉中的親油基團(tuán)可以起到偶聯(lián)劑的作用。油茶殼粉（OTS）加入量為30%時，復(fù)合材料的綜合性能最佳。參 考 文 獻(xiàn)1 Nabi D，Saheb J，Jog PNatural fiber polymer composites：A reviewJAdvances in Polymer Technology，1999，18（4）：351-3632 高華，宋永明，王清文，韓振，張明麗 木纖維PP/PE共混物復(fù)合材料的流變和力學(xué)性能J Journal of Forestry Research， 2008，（04）3 Geng Y，Simonsen JInvestigation of polyaminoamide-epichlorohydrin/stearic anhydride compositesJJournal of Applied Polymer Science，2006，99（3）：7127184 Kuan C F，M