竹粉表面修飾對(duì)高填充木塑結(jié)構(gòu)-性能的調(diào)控機(jī)理研究結(jié)題摘要

為了探究木質(zhì)纖維表面修飾對(duì)高填充木塑復(fù)合材料（wood plastic compisites，簡(jiǎn)寫(xiě)WPC）結(jié)構(gòu)-性能的調(diào)控機(jī)理研究，本項(xiàng)目首先通過(guò)不同部位竹材制備出了聚丙烯（polypropylene，簡(jiǎn)寫(xiě)PP）基WPC，并對(duì)WPC的性能及其影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)分析，揭示了化學(xué)成分、微觀(guān)結(jié)構(gòu)對(duì)纖維形態(tài)及WPC性能的影響規(guī)律，為高性能竹塑復(fù)合材料的制備提供了理論基礎(chǔ)；探究了一種新的木質(zhì)纖維改性方法，在球磨中通過(guò)機(jī)械/化學(xué)法，利用制備的混酸酐與纖維素顆粒反應(yīng)制備表面改性的混合酸酐纖維素酯，并將表面改性的纖維素顆粒與PP基體復(fù)合制備WPC，對(duì)其加工性能、結(jié)晶行為、力學(xué)性能和吸水行為等進(jìn)行分析，揭示了混酸改性纖維素酯對(duì)PP的增強(qiáng)機(jī)理；通過(guò)彈性體烯烴嵌段共聚物（Olefin block copolymer，簡(jiǎn)寫(xiě)OBC）共混和馬來(lái)酸酐（maleic anhydride，簡(jiǎn)寫(xiě)MAH）接枝改性的方法制備了高韌性和高力學(xué)強(qiáng)度的PP基WPC，并對(duì)其尺寸穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)力學(xué)和斷裂形貌進(jìn)行分析，揭示了OBC和MAH對(duì)PP的增韌機(jī)理；通過(guò)烷基烯酮二聚體（Alkyl ketene dimer，簡(jiǎn)寫(xiě)AKD）乳液噴淋和溶液浸泡處理木質(zhì)纖維并制備了PP基WPC，對(duì)WPC的機(jī)械性能和加工性能進(jìn)行了分析，探究了AKD的改性機(jī)理及處理工藝對(duì)WPC性能的影響規(guī)律；制備了一系列纖維含量高達(dá)70~85%的高填充PP基WPC，探究了纖維含量和AKD改性對(duì)WPC力學(xué)性能和加工性能的影響規(guī)律，為高填充WPC的制備提供了理論基礎(chǔ)；通過(guò)氧氣和六甲基二硅胺烷等離子氣體處理木粉并制備了PP基WPC，對(duì)WPC的機(jī)械性能和加工性能進(jìn)行了分析，揭示了木質(zhì)纖維表面能對(duì)WPC性能的影響規(guī)律。在綜合分析、系統(tǒng)總結(jié)上述研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立了表面修飾對(duì)高填充WPC結(jié)構(gòu)-性能的調(diào)控機(jī)理。

本項(xiàng)目從高木質(zhì)纖維含量木塑復(fù)合材料（WPC）的高效加工和高性能化出發(fā)，采用化學(xué)結(jié)合能力強(qiáng)、滲透性適中、表面覆蓋效率高、無(wú)污染的烷基烯酮二聚體（AKD）和烯基琥珀酸酐（ASA）對(duì)竹粉進(jìn)行表面化學(xué)改性，降低其表面能，改善其在聚丙烯（PP）基體中的分散性和相容性，提高WPC的加工性能和物理力學(xué)性能。重點(diǎn)研究改性參數(shù)和工藝的優(yōu)化，建立高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的木質(zhì)纖維表面改性方法，增韌改性PP以制備具有高流變性能又能與竹粉形成良好界面結(jié)合的改性PP，進(jìn)而制備高竹粉含量WPC，并對(duì)其結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行表征。研究表面改性對(duì)竹粉在室溫和成型加工溫度下表面能的影響，竹粉在PP中的三維分散與分布狀態(tài)，最終揭示室溫下，竹粉與PP的表面能特性與WPC力學(xué)性能的相關(guān)性，成型加工溫度下表面能特性與WPC熔體流變/加工性能的相關(guān)性，為推動(dòng)高木質(zhì)纖維含量WPC的高效加工和高性能化探索新的途徑，提供理論基礎(chǔ)。

本項(xiàng)目以未來(lái)超高溫隔熱陶瓷為研究對(duì)象，擬探明聲子與光子對(duì)超高溫陶瓷隔熱性能的影響規(guī)律，進(jìn)而對(duì)超高溫隔熱陶瓷的成分、結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行設(shè)計(jì),采用第二相摻雜等途徑對(duì)超高溫陶瓷的成分、結(jié)構(gòu)和隔熱性能進(jìn)行調(diào)控；擬采用化學(xué)共沉淀和濕混等實(shí)驗(yàn)手段合成各相分布均勻和粒度可控的超高溫隔熱陶瓷粉體；擬通過(guò)對(duì)超高溫隔熱陶瓷的成分、結(jié)構(gòu)和隔熱性能三者內(nèi)在關(guān)系的深入探索，建立超高溫隔熱陶瓷的隔熱性能調(diào)控機(jī)制，揭示隔熱機(jī)理，為最終制備出高隔熱性能的超高溫陶瓷以及有效調(diào)控陶瓷的隔熱性能提供理論指導(dǎo)。本項(xiàng)目研究在超高溫隔熱陶瓷熱傳導(dǎo)理論的基礎(chǔ)研究方面具有重要的科學(xué)意義，將進(jìn)一步豐富和發(fā)展我國(guó)的超高溫隔熱陶瓷材料體系，為我國(guó)自主研發(fā)高性能重型燃?xì)廨啓C(jī)和新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)等高溫?zé)釞C(jī)做好技術(shù)儲(chǔ)備。同時(shí)該研究對(duì)充分利用好我國(guó)豐富的稀土資源，加速我國(guó)稀土的產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)也具有重要的意義。

輥壓機(jī)磨輥的耐磨性和粉碎性是影響粉磨裝置使用壽命和生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素之一。已有研究成果表明，磨輥耐磨性和粉碎性取決于磨輥的材料、生產(chǎn)工藝、輥面結(jié)構(gòu)形態(tài)和待粉碎物料的顆粒級(jí)度等因素，本項(xiàng)目通過(guò)試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方式研究了磨輥表面形態(tài)對(duì)其耐磨性能和粉碎性能的影響規(guī)律，認(rèn)為通過(guò)改變磨輥表面花紋層的結(jié)構(gòu)和尺寸可以使磨輥在相同工況下具有更好的耐磨性和粉碎性。針對(duì)項(xiàng)目目的，（1）對(duì)吉林省亞泰水泥集團(tuán)下屬部分企業(yè)的輥壓機(jī)使用情況進(jìn)行了調(diào)研，實(shí)地研究了使用過(guò)程中輥壓機(jī)磨輥的結(jié)構(gòu)形態(tài)、磨損狀況等，對(duì)磨輥磨損機(jī)理進(jìn)行了探討；（2）對(duì)沙漠蜥蜴、毛蚶等的體表形貌、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了較系統(tǒng)的對(duì)比分析，結(jié)果顯示這些生物體表的放射肋、溝槽、凸包等非光滑形貌與其生活的沖蝕和磨損環(huán)境相關(guān)，依據(jù)這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的仿生結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的耐磨性能，結(jié)合項(xiàng)目組已有研究成果，項(xiàng)目設(shè)計(jì)并加工了橫紋、斜紋、凹坑、棱形坑和棱形包共5種仿生磨輥表面形態(tài)；（3）根據(jù)滾壓機(jī)工作原理搭建了輥壓機(jī)模型試驗(yàn)平臺(tái)，在平臺(tái)上進(jìn)行了各仿生磨輥的磨損試驗(yàn)和粉碎性能試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，表面具有花紋的磨輥相對(duì)光輥具有更好的耐磨和粉碎性能，花紋形態(tài)不同，耐磨和粉碎性不同，其中橫紋形磨輥的性能更好并通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和計(jì)算，找到了花紋尺寸參數(shù)對(duì)耐磨性和粉碎性的影響規(guī)律；（4）分別采用連續(xù)體和離散體計(jì)算方法，對(duì)仿生磨輥進(jìn)行數(shù)值分析，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果向吻合；（5）在試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算基礎(chǔ)上對(duì)橫紋仿生磨輥的耐磨機(jī)理進(jìn)行了分析，認(rèn)為橫紋磨輥具有較好耐磨性和破碎性主要是因?yàn)椋瑢?duì)物料破碎性能而言，橫紋結(jié)構(gòu)的存在，使磨輥與被粉碎物料接觸時(shí)，擠壓力更好的集中在橫紋凸起表面和棱邊，使擠壓力更有效的從更小的面積傳給物料，增大對(duì)物料擠壓的同時(shí)，使物料內(nèi)部作用力傳遞的更遠(yuǎn)且使相鄰物料間作用力梯度增大，有利于物料粉碎；對(duì)磨輥耐磨性能而言，橫紋結(jié)構(gòu)使磨輥與物料接觸區(qū)域不連續(xù)，縮小了力在磨輥表面的傳遞范圍，同時(shí)由于磨輥與物料接觸區(qū)域的減小，橫紋凸起處應(yīng)力集中，磨輥內(nèi)部力的傳遞更均勻，從而使磨輥內(nèi)部物質(zhì)間相互作用力降低，有利于提高磨輥耐磨性。 2100433B