l實(shí)驗(yàn)部分
1．1實(shí)驗(yàn)材料
棉皮：山東安丘；LDPE：牌號(hào)951-050，熔體質(zhì)量流動(dòng)速率1g／10rain，密度0．918～0．922g／cm3；
廣東茂名石化乙烯工業(yè)公司；聚乙烯接枝馬來酸酐(PE—g—MAH)：佛山市南海柏晨高分子新材料有限公司。
1．2棉皮蒸汽爆破預(yù)處理
將棉皮用水浸泡24h，把含水率調(diào)到30％～60％；加入水約蒸汽發(fā)生器容積的2／3；壓力控制在1．0～2．0MPa；把棉皮加入到反應(yīng)釜內(nèi)，反應(yīng)釜加熱至100℃，保溫一段時(shí)間后加熱至150℃；蒸汽發(fā)生器壓力達(dá)到2MPa左右時(shí)，保壓一段時(shí)間；開啟球閥實(shí)現(xiàn)瞬間泄壓爆破；將爆破后所得到的物料清洗、干燥、密封。
1．3 PE／棉皮纖維復(fù)合材料樣條制備
將預(yù)處理后的棉皮纖維干燥后，放置攪拌機(jī)混合，并按棉皮纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加5％的PE接枝馬來酸酐改性劑。在開放式煉塑機(jī)上進(jìn)行混煉，開放式煉塑機(jī)前后輥的溫度均設(shè)置為160～180℃，平板硫化機(jī)的上下模的溫度設(shè)置為160～180℃。將PE／棉皮纖維復(fù)合材料粉料在開煉機(jī)上開煉3min，將開煉后物料在平板硫化機(jī)上壓片，保壓加熱5min，然后在平板硫化機(jī)的冷卻保壓部分上冷卻5min，將壓片片材取出。將片材按拉伸彎曲的標(biāo)準(zhǔn)要求制成樣條，完成力學(xué)性能測(cè)試。
1．4儀器
電熱鼓風(fēng)干燥箱：CS1013型，重慶實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠電子秤：精度為0．1g，上海第二天平儀器廠；臺(tái)式電子萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)：型號(hào)5566，編號(hào)20013221美國INSTRON公司；擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)：型號(hào)POE2000，INSTRON公司；開放式煉塑機(jī)：型號(hào)SK160B，上海橡膠機(jī)械廠；平板硫化機(jī)：型號(hào)QLB25D／Q，無錫市第一橡塑機(jī)械設(shè)備廠。
2結(jié)果與討論
棉皮纖維是由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠及其無機(jī)低分子成分組成，其中纖維素形成微細(xì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而構(gòu)成纖維，木質(zhì)素、半纖維素等則作為微
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2．2爆破壓力對(duì)力學(xué)性能的影響
2．2．1爆破壓力對(duì)拉伸性能的影響
在溫度23℃、濕度55％、拉伸速度為100mm／min的條件下，進(jìn)行樣條的拉伸性能測(cè)試。圖2是壓力對(duì)改性PE／棉皮纖維復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響(棉皮纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％)。由圖2可得，純PE拉伸強(qiáng)度為9．4MPa。與純PE相比，改性PE／棉皮纖維復(fù)合材料的拉伸性能分別提高了19．5％(壓力為1．2MPa)和24．0％(壓力為2．0MPa)。未處理PE／棉皮纖維復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為10．0MPa。經(jīng)過蒸汽爆破預(yù)處理的棉皮纖維拉伸強(qiáng)度由11．3MPa(壓力為1．2MPa)增加到了11．7MPa(壓力為2．0MPa)，分別比未處理試樣增加了12．3％和16．6％，分析其原因是蒸汽爆破預(yù)處理改變了棉皮纖維結(jié)構(gòu)，提高了纖維表面粗糙度，增大了棉皮纖維與相容劑的接觸面積，從而改善了棉皮纖維與PE的界面黏結(jié)性，這樣使極富韌性的棉皮纖維與PE更好黏合，復(fù)合材料拉伸性能得到提高。
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2．2．2爆破壓力對(duì)彎曲性能的影響
在溫度23℃、濕度55％的條件下，取樣條厚度2mm，彎曲速度2．03mm／min，夾具跨度32mm，變形量1．5倍厚度即3mm。圖3是壓力對(duì)改性PE／棉皮纖維復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的影響(纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％)。由圖3曲線可以看出，未處理的PE／棉皮纖維復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度為7．7MPa，比純PE增強(qiáng)了12．5％，這說明棉皮纖維具有較強(qiáng)的剛性，可以提高樣條的彎曲強(qiáng)度。對(duì)比未處理的PE／棉皮纖維復(fù)合材料，改性后的PE／棉皮纖維復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度比純PE有了更大幅度的提高，且在壓力為1．60MPa時(shí)出現(xiàn)了峰值，比純PE增強(qiáng)了56．2％。當(dāng)壓力提高到2．0M
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2．2．3沖擊性能的測(cè)試分析
在溫度23℃、濕度55％的條件下，以斷裂能量表征試樣的沖擊強(qiáng)度a。
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一般情況下，在塑料中填充高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的未處理棉皮纖維，棉皮纖維容易團(tuán)聚，與塑料的相容性差，容易造成應(yīng)力集中，沖擊性能差。圖4是爆破壓力對(duì)PE／棉皮纖維復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的影響(棉皮纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)15％)。由圖4看出，隨著蒸汽爆破壓力的增強(qiáng)，沖擊性能增強(qiáng)。分析其原因是在一定爆破壓力條件下，棉皮纖維的內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)被破壞，各組織成分松散，棉皮纖維與PE的接觸面積增加，且改性后棉皮纖維長徑比提高，從而提高了復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度。結(jié)果表明，爆破壓力越大，對(duì)物料的破壞力就越大，越能夠?qū)崿F(xiàn)棉皮纖維的高效分離而改善沖擊性能。
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2．3棉皮纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)力學(xué)性能的影響
2．3．1棉皮纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)彎曲性能的影響
圖5是棉皮纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)LDPE／棉皮纖維復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的影響(蒸汽爆破壓力
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2．3．2棉皮纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)拉伸性能的影響
圖6是棉皮纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)LDPE／棉皮纖維復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響(蒸汽爆破壓力2．0MPa)。由圖6看出，隨著棉皮纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，拉伸強(qiáng)度增強(qiáng)。當(dāng)棉皮纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35％時(shí)，拉伸強(qiáng)度比純LDPE增強(qiáng)了29．6％。說明蒸汽爆破后的具有一定長徑比的棉皮纖維作為一種增強(qiáng)劑可以改善材料的拉伸性能。
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3結(jié)論
1)LDPE／蒸汽爆破棉皮纖維復(fù)合材料比純LDPE和LDPE／未處理棉皮纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能均有增強(qiáng)。分析其原因是處理后的棉皮纖維表面粗糙度提高，與相容劑接觸面積增大，長徑比明顯提高。這說明改性后且保留一定長徑比的纖維可以改善與LDPE的黏合性，提高復(fù)合材料力學(xué)性能。
2)蒸汽壓力對(duì)纖維結(jié)構(gòu)與性能的影響有一定規(guī)律性，從而對(duì)復(fù)合材料的影響有一定的規(guī)律性。纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響也具有一定的規(guī)律性。純PE的拉伸強(qiáng)度為9．4MPa。當(dāng)壓力為1．8MPa、棉皮纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35％時(shí)出現(xiàn)峰值，比純PE增強(qiáng)了56．7％；純PE彎曲強(qiáng)度為6．9MPa。當(dāng)壓力為1．8MPa、棉皮纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35％時(shí)，出現(xiàn)峰值12．5MPa，比純PE增強(qiáng)了82．6％。所以當(dāng)壓力為1．8MPa、棉皮纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35％時(shí)，所獲得的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度為最佳。
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