可逆热致变色竹塑复合材料的研究

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竹塑复合材料(BPC)是利用竹质纤维填料(粉)和塑料(可用边角料或废料)为主要原料,经过高温混炼后,再利用成型设备加工而成,其兼有塑料和竹材的优良特性。本研究拟在不具备可逆热致转换功能的竹塑复合材料中,引入具有颜色记忆功能的智能型材料(可逆热致变色材料)制备可逆热致变色竹塑复合材料,提高竹塑复合材料的附加值。本论文对可逆热致变色微胶囊的性能进行表征;探讨水热条件以及紫外加速老化对可逆热致变色竹塑复合材料的影响;对其应用也进行研究,主要包括:环境温度对可逆热致变色竹塑复合材料的影响、竹塑复合材料的曝晒试验、可逆热致变色竹塑复合材料的变色可逆性、竹塑复合材料的表面太阳反射率、竹塑复合材料的导热系数、表面接触角与自由能等;此外,研究了钛白粉对竹塑复合材料各性能的影响以及偶联剂的优选。研究结果如下:1、微胶囊为圆球形,粒径分布较集中、较小;变色微胶囊的颜色随温度变化显著,变色灵敏;具有良好的耐溶剂性和耐疲劳性,但紫外光对变色微胶囊有一定的影响;未处理的微胶囊具有很好的变色可逆性;而经25~80℃循环处理之后,其变色灵敏度略有降低。2、水热条件对可逆热致变色竹塑复合材料各性能产生较大的影响。在实施的3种外加条件中,影响程度为:水热处理>常温水浴处理>干热处理。常温水浴和水热处理使得竹粉和基体HDPE发生一定的降解,试样表面产生裂纹,接触角和力学性能明显降低,材色变化非常显著;由XPS分析可知,O元素的相对含量升高,即氧化程度增强,且发生再结晶现象,尤其水热处理效果更显著。3、竹塑复合材料的力学性能随着老化时间的增加呈现先增加后降低的趋势;复合材料的表面逐渐变白,材色的变化程度△E*越来越明显,人的肉眼可以非常明显察觉。由ESEM观察和接触角测定可知,老化时间对试样表面的微观结构影响比较大,随着老化时间的增加,HDPE断裂,表面裂纹不断拓展和延伸,接触角呈现先减小后增大的趋势。FTIR分析、XPS分析和DSC分析表明,随着老化时间的延长,聚乙烯的特征吸收峰强度逐渐增强,O元素的相对含量和结晶度先升高后降低,老化后产生了O-C=O键,竹塑复合材料的力学性能变化正是由于HDPE分子结构随老化时间的延长发生了系列的变化而造成的。4、较高的环境温度下竹塑复合材料的变色响应时间较短;曝晒试验的结果表明深色竹塑复合材料吸收较多的太阳光照,浅色的则反射较多的光照;可逆变色竹塑材料的导热系数随着温度的升高而增大,钛白粉降低了材料的导热系数和表面自由能,提高了试样表面的接触角;各种试样的反射率存在差异,颜色是影响太阳反射率的重要因素之一,钛白粉提高了材料的表面反射率;紫外光谱分析说明可逆热致变色竹塑复合材料具有良好的变色可逆性,但经100次25~80℃循环处理之后,变色的敏感度会下降。5、钛白粉改善了复合材料的表面颜色,使其表面的L*值和ΔE*增大;钛白粉在实验范围内的添加量并不影响复合材料的拉伸强度、弯曲强度和熔体流变性能,但会使得复合材料的冲击韧性、G’和tanδ略有提高;增容剂改善了材料的力学性能,其中用MAPE进行表面改性的竹塑复合材料的拉伸强度和弯曲强度高于用MAPP和硅烷偶联剂进行改性的竹塑复合材料,而冲击韧性却相反。
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