废旧报纸/PP层状复合材料制备及增强研究

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废旧报纸是一种可循环再生资源,有较高的比强度和刚度,被广泛用于木塑复合材料中,其回收利用方式对环境保护、资源充分利用具有积极意义。目前废旧报纸的回收利用过程中大多是将其粉碎后与塑料颗粒共混,这种生产方式不但破坏了报纸原本优良的力学性能,不能充分发挥其增强效果,同时还会造成二次污染。本文旨在不破坏废旧报纸原本的结构和形态的前提下,将其与聚丙烯(PP)薄膜进行交叉层叠组坯,然后采用热压成型的方式,制备了废旧报纸/PP层状复合材料。通过设计单因素试验研究了热压温度、热压时间、报纸含量对复合材料性能的影响,确定了复合材料制备的最优工艺。在此基础上,通过向复合材料中分别插入牛皮纸、玻璃纤维布来进一步提高复合材料的性能,以期达到市售滑板性能要求。此外,通过添加偶联剂来改善报纸和塑料的界面结合性,初步研究了偶联剂种类、含量及引发剂过氧化二异丙苯(DCP)对复合材料的性能的影响。本文研究结果如下:(1)单因素试验结果表明,热压温度、报纸含量对复合材料的力学性能影响显著,其中,热压温度对拉伸强度、报纸含量对24h吸水厚度膨胀率影响极显著。热压时间对复合材料力学性能总体影响不显著。温度过高会造成纸纤维氧化,温度过低不利于塑料的流动和渗透,综合分析,确定废旧报纸/PP层状复合材料的最佳工艺为热压温度180℃,热压时间20min,报纸含量66.7%。所得到的复合材料的静曲强度、拉伸强度、冲击强度、24h吸水厚度膨胀率分别为:126MPa、95MPa、5.3kJ/m~2、3.2%。拉伸强度和静曲强度相比PP提高了近3倍,抗蠕变性比PP提高了近2倍,综合性能远高于传统的木塑复合材料。(2)在最优工艺的基础上,将牛皮纸和玻璃纤维布分别均匀分布到复合材料中,探究了其不同含量对复合材料的增强效果。结果表明,复合材料中添加7.4%的玻璃纤维布时其性能达到最优,相比对照组,静曲强度、抗弯弹性模量分别提高2.6%、1.1%,拉伸强度、拉伸模量分别提高16.5%、7.9%,冲击强度提高了113.2%,24h吸水厚度膨胀率下降了36.7%。玻璃纤维布对复合材料力学性能改善较牛皮纸更为显著。(3)使用偶联剂对报纸进行预处理,初步研究了偶联剂种类、含量及DCP对复合材料的性能的影响。结果表明,偶联剂A-151、A-171及引发剂DCP对复合材料的弯曲性能、拉伸性能、吸水性能都起到了一定的改善作用。但过多的偶联剂又会对复合材料造成不利影响。试验得到A-151含量为4%时,复合材料综合性能最佳,对应静曲强度、抗弯弹性模量为129MPa、9948MPa,拉伸强度、拉伸模量为99MPa、10833MPa,冲击强度为4.5kJ/m~2,24h吸水厚度膨胀率为3.1%。A-171对报纸的改性效果更显著,复合材料的静曲强度、拉伸强度达到了142MPa、113MPa。本研究实现了废纸的原态化利用,与现有生产工艺相比对纸张的利用率高,生产工艺简单,并对环境保护有着积极意义,具有非常广阔的应用前景。
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