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碳酸钙原位改性植物纤维及其复合材料性能表征

王翠翠 张双保 羡瑜 王丹丹 高洁 程海涛

王翠翠, 张双保, 羡瑜, 王丹丹, 高洁, 程海涛. 碳酸钙原位改性植物纤维及其复合材料性能表征[J]. 北京林业大学学报, 2016, 38(3): 95-101. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150297
引用本文: 王翠翠, 张双保, 羡瑜, 王丹丹, 高洁, 程海涛. 碳酸钙原位改性植物纤维及其复合材料性能表征[J]. 北京林业大学学报, 2016, 38(3): 95-101. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150297
WANG Cui-cui, ZHANG Shuang-bao, XIAN Yu, WANG Dan-dan, GAO Jie, CHENG Hai-tao. Properties of plant fibers and their composites modified in situ with calcium carbonate[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2016, 38(3): 95-101. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150297
Citation: WANG Cui-cui, ZHANG Shuang-bao, XIAN Yu, WANG Dan-dan, GAO Jie, CHENG Hai-tao. Properties of plant fibers and their composites modified in situ with calcium carbonate[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2016, 38(3): 95-101. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150297

碳酸钙原位改性植物纤维及其复合材料性能表征

doi: 10.13332/j.1000-1522.20150297
基金项目: 

国际竹藤中心基本科研业务专项(1632014002)、北京市教育委员会共建项目“非木质材料科学利用技术及应用”专项、浙江省共建项目(CZXC201410)

详细信息
    作者简介:

    王翠翠。主要研究方向:木质复合材料与胶黏剂。Email:cuicui124@163.com 地址:100083 北京市海淀区清华东路35号北京林业大学材料科学与技术学院。
    责任作者: 程海涛,副研究员。主要研究方向:竹木复合材料。Email:htcheng@icbr.ac.cn 地址:100102 北京市朝阳区望京阜通东大街8号国际竹藤中心。

    王翠翠。主要研究方向:木质复合材料与胶黏剂。Email:cuicui124@163.com 地址:100083 北京市海淀区清华东路35号北京林业大学材料科学与技术学院。
    责任作者: 程海涛,副研究员。主要研究方向:竹木复合材料。Email:htcheng@icbr.ac.cn 地址:100102 北京市朝阳区望京阜通东大街8号国际竹藤中心。

Properties of plant fibers and their composites modified in situ with calcium carbonate

  • 摘要: 为研究原位沉积对竹、杉木、黄麻3种植物纤维的表面改性效果,采用平压工艺制备了植物纤维增强聚丙烯复合材料,并通过SEM、原子力学显微镜、光学纤维接触角测量仪等方法分别表征了植物纤维的表面形貌、表面粗糙度、静态接触角、拉伸性能以及复合材料的断口形貌和力学性能。结果表明:CaCO3原位沉积改性对单根植物纤维的表面性能有显著影响,不仅提高了单根植物纤维的拉伸性能,还改善了植物纤维增强热塑性聚合物的界面性能,增强了复合材料的界面强度。原位沉积改性后,3种植物纤维表面均有CaCO3附着,杉木纤维的CaCO3上载量最高,达16.08%;竹纤维最低,为6.96%。改性竹纤维的表面粗糙度Rq值降低了32.95%,静态接触角增加了1.85%;改性杉木纤维的Rq值和静态接触角分别增加了42.51%、3.12%;改性黄麻纤维的Rq值增加了62.77%,静态接触角降低了0.4%。单根改性植物纤维的拉伸性能均有所提高,相同CaCO3原位沉积改性条件下,改性竹纤维的拉伸强度和弹性模量最大,分别为1 134.83 MPa、37.25 GPa。断口形貌SEM图中,改性植物纤维与聚丙烯结合紧密,复合材料的断裂主要以改性植物纤维的断裂为主,表明复合材料的界面性质得到改善。改性植物纤维增强聚丙烯复合材料的拉伸性能得到提高,而且其弹性模量的变化趋势与改性植物纤维CaCO3附着量的变化趋势一致。改性杉木纤维增强聚丙烯复合材料弹性模量最大,为2.28 GPa;改性竹纤维增强聚丙烯复合材料拉伸强度最大,为54.04 MPa。
  • [1] DOMINKOVICS Z, DANYADI L, PUNKANSZKY B. Surface modification of wood flour and its effect on the properties of PP/wood composites [J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2007, 38(8): 1893-1901.
    [2] GB/T 742—2008 Fibrous raw material, pulp, paper and board-determination of ash[S]. Beijing: Standards Press of China, 2008.
    [3] SAIN M, SUHARA P, LAW S, et al. Interface modification and mechanical properties of natural fiber-polyolefin composite products [J]. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2005, 24(2): 121-130.
    [4] GAO J, WANG G, CHENG H T, et al. Effects of in situ deposited calcium carbonates nanoparticles on surface performance of bamboo fibers [J]. Journal of Beijing Forestry University, 2013, 35(2): 108-111.
    [5] BANGA H, SINGH V K, CHOUDHARY S K. Fabrication and study of mechanical properties of bamboo fibre reinforced bio-composites [J]. Innovative Systems Design and Engineering, 2015, 6(1): 84-98.
    [6] CAO S P, WANG G, YU Y, et al. Comparison of mechanical properties of different single vegetable fibers [J]. Journal of Nanjing Forestry University (Natural Science Edition), 2010, 34(5): 87-90.
    [7] GB/T 1040. 3—2006 Plastics-determination of tensile properties-part 3: test conditions for films and sheets[S]. Beijing: Standards Press of China, 2006.
    [8] DAVOOD M M, SAPUAN S M, AHMA D, et al. Effect of polybutylene terephthalate (PBT) on impact property improvement of hybrid kenaf/glass epoxy composite [J]. Materials Letters, 2012, 67(1): 5-7.
    [9] CHEN H, WANG G, CHENG H T. Influence factors on measuring the contact angle of single fiber with optical method[J]. Journal of Nanjing Forestry University (Natural Science Edition), 2012, 36(5): 129-132.
    [10] BLEDZKI A K, LETMAN M, VIKSNE A, et al. A comparison of compounding processes and wood type for wood fibre-PP composites [J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2005, 36(6): 789-797.
    [11] BURGERT I, GIERLINGER N, ZIMMERMANN T. Properties of chemically and mechanically isolated fibres of Spruce (Picea abies [L.] Karst.): structural and chemical characterisation[J]. Holzforschung, 2005, 59(2): 240-246.
    [12] SHI J, SHI S Q, BARNES H M, et al. Kenaf bast fibers-part I: hermetical alkali digestion [J]. International Journal of Polymer Science, 2011: DOI: 10.1155/2011/212047.
    [13] LIANG K, SHI S Q, WANG G, et al. Effect of impregnated inorganic nanoparticles on the properties of the kenaf bast [J]. Fibers,2014, 2(3): 242-254.
    [14] LEE S, SHI S Q. Multifunctional nanoparticles at the hydrophilic and hydrophobic interface [C]. Proceedings of Advanced Biomass Science and Technology for Bio-based Products. Beijing: Chinese Academy of Forestry USDA Forest Service, 2007: 173-181.
    [15] SHI J, SHI S Q, BARNES H M, et al. Kenaf bast fibers II: inorganic nanoparticle impregnation for polymer composites [J].International Journal Polymer Science, 2011: DOI:  10.1155/2011/736474.
    [16] XIAN Y, CHEN F M, LI H D. The effect of moisture on the modulus of elasticity of several representative individualcellulosic fibers [J]. Fibers and Polymers, 2015, 16 (7): 1595-1599.
    [17] GB/T 742—2008 造纸原料、纸浆、纸和纸板灰分的测定[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.
    [18] 高洁, 王戈, 程海涛, 等. 纳米碳酸钙原位改性竹纤维表面性能的研究[J]. 北京林业大学学报, 2013, 35(2): 108-111.
    [19] 曹双平, 王戈, 余雁, 等. 几种植物单根纤维力学性能对比[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2010, 34(5): 87-90.
    [20] GB/T 1040.3—2006 塑料拉伸性能的测定第3部分:薄膜和薄片的试验条件[S]. 北京: 中国标准出版社, 2006.
    [21] ASKARGORTA I, LAMPKE T, BISMARCK A, et al. Wetting behavior of flax fibers as reinforcement for polyprophylene[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2003, 263(2): 580-589.
    [22] 陈红, 王戈, 程海涛. 光学法测量单根纤维接触角的影响因素[J].南京林业大学学报(自然科学版), 2012,36(5): 129-132.
  • [1] 王福利, 王献轲, 周佳硕, 谢浩, 许费扬, 邵卓平.  竹材薄壁组织拉伸性能及其变异规律的研究 . 北京林业大学学报, 2020, 42(): 1-8. doi: 10.12171/j.1000-1522.20200203
    [2] 王璇, 贾园, 宋立美.  纳米纤维素表面聚丙烯酸丁酯原位修饰 . 北京林业大学学报, 2019, 41(10): 137-146. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190201
    [3] 杨雅琦, 汪生莹, 耿金光, 刘炀, 张健, 罗斌.  水曲柳磨削的砂带磨损机理研究 . 北京林业大学学报, 2019, 41(8): 138-146. doi: 10.13332/j.1000-1522.20190136
    [4] 秦建鲲, 白天, 邵亚丽, 赵鑫, 李帅, 胡英成.  不同树种多层透明木材的制备与表征 . 北京林业大学学报, 2018, 40(7): 113-120. doi: 10.13332/j.1000-1522.20180137
    [5] 薛凤莲, 林剑, 赵广杰, 张扬, 来雅婷.  碱木质素改性及其纤维制备研究 . 北京林业大学学报, 2016, 38(5): 120-125. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150320
    [6] 侯俊峰, 俞友明, 卢克阳, 傅峰.  不锈钢纤维填充导电膜片的性能研究 . 北京林业大学学报, 2015, 37(9): 78-84. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150103
    [7] 许美君, 李黎, 罗斌.  杨木磨削力的影响因素及最佳磨削参数研究 . 北京林业大学学报, 2015, 37(1): 122-133. doi: 10.13332/j.cnki.jbfu.2015.01.002
    [8] 曲萍, 王璇, 白浩龙, 张力平.  纳米纤维素表面烷基化特性的研究 . 北京林业大学学报, 2014, 36(1): 121-125.
    [9] 陈世超, 林剑辉, 孙宇瑞, PeterSchulzeLammers.  基于土壤表面粗糙度预测降雨影响下的表层土壤孔隙度 . 北京林业大学学报, 2013, 35(2): 69-74.
    [10] 江泽慧, 陈复明, 王戈, 刘杏娥, 程海涛.  基于动态接触角分析的竹纤维表面能表征 . 北京林业大学学报, 2013, 35(3): 143-148.
    [11] 高洁, 王戈, 程海涛, 史强, 任文涵.  纳米碳酸钙原位改性竹纤维表面性能的研究 . 北京林业大学学报, 2013, 35(2): 108-111.
    [12] 张双燕, 费本华, 余雁, 程海涛, 王传贵.  木质素含量对木材单根纤维拉伸性能的影响 . 北京林业大学学报, 2012, 34(1): 131-134.
    [13] 陈红, 王戈, 程海涛, 曹双平, 高洁.  不同化学离析方法对单根竹纤维表面润湿性能及断面形态的影响 . 北京林业大学学报, 2011, 33(1): 115-118.
    [14] 余妙春, 谢拥群, 张德智.  竹纤维悬浮发泡浆料流变特性的研究 . 北京林业大学学报, 2011, 33(1): 119-124.
    [15] 王戈, 陈红, 余雁, 程海涛, 田根林, 谌晓梦.  竹纤维细胞水平的物理力学性能精细表征技术 . 北京林业大学学报, 2011, 33(4): 143-148.
    [16] 余雁, 江泽慧, 王戈, 覃道春, 程强.  毛竹纤维微纤丝取向的原子力显微镜观察 . 北京林业大学学报, 2008, 30(1): 124-127.
    [17] 蒋建新, 杨中开, 朱莉伟, 史丽敏, 闫立杰.  竹纤维结构及其性能研究 . 北京林业大学学报, 2008, 30(1): 128-132.
    [18] 王兰珍, 党文杰, 刘剑锋, HUALi_zhong, 李雪华, 韦艳葵, 李义良, 李国雷, 李生宇, 刘鹏举, 王旭, 王立海, 张冬梅, 耿玉清, 薛康, 吴丽娟, 任强, 朱小龙, 方升佐, 汪杭军1, 赵铁珍, 段文霞, 周传艳, 杨慧敏, 杨娅, 周亮, 何茜, 周宇飞, 尹光彩, 朱波, JIANGXi_dian, 宋永明, 李建章, 高岚, 周国逸, 李振基, 刘勇, 韩士杰, 黎明, 雷加强, 崔同林, 苏晓华, 刘勇, 方陆明, 余新晓, 阎秀峰, 王清文, 孙向阳, 虞木奎, 周国逸, 柯水发, 唐小明, 赖志华, 刘锐, 徐新文, 王新杰, HEXiu_bin, 鹿振友, 徐扬, 王春林, 玲, 沈熙环, 宗文君, 喻理飞, 程云清, 张冰玉, 李吉跃, 宋爱琴, 齐涛, 李俊清, 李晓兰, 陈培金, , 王伟宏, 李丙文, 孙阁, 陈实, 陈峻崎, 茹广欣, 周晓梅, 国庆, 温亚利, 张志毅, 3, 郭蓓, 唐旭利, 张可栋, 姚永刚, 长山, 刘志明, 王晓静, 蒋德明, 王旭, 王建林, 周玉平, 宋湛谦, 赵双荣, 王春林, 关少华, 陈放, 闫俊华, 杨伟伟, 郑凌峰.  木纤维/岩棉纤维复合材料的研究 . 北京林业大学学报, 2007, 29(2): 161-164.
    [19] 张蔚, 李文彬, 姚文斌.  天然长竹纤维的分离机理及其制备方法初探 . 北京林业大学学报, 2007, 29(4): 63-66.
    [20] 熊瑾, 李景文, 饶良懿, 侯亚南, 殷亚方, 詹亚光, 李全发, 马文辉, 杨海龙, 张秋英, 杜华强, 李景文, 杨晓晖, 龙玲, 李慧, 黄国胜, 刘震, 符韵林, 
    王保平, 王明枝, 李梅, 宋小双, 张一平, 耿晓东, 范文义, 吕建雄, 窦军霞, 尹立辉, 朱金兆, 陈晓阳, 李发东, 张克斌, 王洁瑛, 王雪军, 徐峰, 李俊清, 李妮亚, 李吉跃, 赵敏, 梁机, 朱金兆, 陆熙娴, 韩海荣, 刘文耀, 秦瑶, 李俊清, 慈龙骏, 唐黎明, 赵宪文, 李云, 于贵瑞, 乔杰, 倪春, 孙玉军, 齐实, 陈素文, 沈有信, 毕华兴, 李凤兰, 李黎, 康峰峰, 刘桂丰, 陈晓阳, 刘雪梅, 秦素玲, 欧国强, 王玉成, 李伟, 黎昌琼, 魏建祥, 朱国平, 王雪, 马钦彦, 赵双菊, 宋献方, 文瑞钧, 蒋建平, 韦广绥, 刘伦辉, 张桂芹, 李伟, 任海青, 丁霞, 杨谦, , 张万军, 孙涛, 周海江, 李慧, 宋清海, 孙晓敏, 孙志强, 刘莹, 李宗然, 
    , .  木材纤维复合材料的工艺及性能 . 北京林业大学学报, 2005, 27(1): 1-5.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-08-10
  • 刊出日期:  2016-03-31

碳酸钙原位改性植物纤维及其复合材料性能表征

doi: 10.13332/j.1000-1522.20150297
    基金项目:

    国际竹藤中心基本科研业务专项(1632014002)、北京市教育委员会共建项目“非木质材料科学利用技术及应用”专项、浙江省共建项目(CZXC201410)

    作者简介:

    王翠翠。主要研究方向:木质复合材料与胶黏剂。Email:cuicui124@163.com 地址:100083 北京市海淀区清华东路35号北京林业大学材料科学与技术学院。
    责任作者: 程海涛,副研究员。主要研究方向:竹木复合材料。Email:htcheng@icbr.ac.cn 地址:100102 北京市朝阳区望京阜通东大街8号国际竹藤中心。

    王翠翠。主要研究方向:木质复合材料与胶黏剂。Email:cuicui124@163.com 地址:100083 北京市海淀区清华东路35号北京林业大学材料科学与技术学院。
    责任作者: 程海涛,副研究员。主要研究方向:竹木复合材料。Email:htcheng@icbr.ac.cn 地址:100102 北京市朝阳区望京阜通东大街8号国际竹藤中心。

摘要: 为研究原位沉积对竹、杉木、黄麻3种植物纤维的表面改性效果,采用平压工艺制备了植物纤维增强聚丙烯复合材料,并通过SEM、原子力学显微镜、光学纤维接触角测量仪等方法分别表征了植物纤维的表面形貌、表面粗糙度、静态接触角、拉伸性能以及复合材料的断口形貌和力学性能。结果表明:CaCO3原位沉积改性对单根植物纤维的表面性能有显著影响,不仅提高了单根植物纤维的拉伸性能,还改善了植物纤维增强热塑性聚合物的界面性能,增强了复合材料的界面强度。原位沉积改性后,3种植物纤维表面均有CaCO3附着,杉木纤维的CaCO3上载量最高,达16.08%;竹纤维最低,为6.96%。改性竹纤维的表面粗糙度Rq值降低了32.95%,静态接触角增加了1.85%;改性杉木纤维的Rq值和静态接触角分别增加了42.51%、3.12%;改性黄麻纤维的Rq值增加了62.77%,静态接触角降低了0.4%。单根改性植物纤维的拉伸性能均有所提高,相同CaCO3原位沉积改性条件下,改性竹纤维的拉伸强度和弹性模量最大,分别为1 134.83 MPa、37.25 GPa。断口形貌SEM图中,改性植物纤维与聚丙烯结合紧密,复合材料的断裂主要以改性植物纤维的断裂为主,表明复合材料的界面性质得到改善。改性植物纤维增强聚丙烯复合材料的拉伸性能得到提高,而且其弹性模量的变化趋势与改性植物纤维CaCO3附着量的变化趋势一致。改性杉木纤维增强聚丙烯复合材料弹性模量最大,为2.28 GPa;改性竹纤维增强聚丙烯复合材料拉伸强度最大,为54.04 MPa。

English Abstract

王翠翠, 张双保, 羡瑜, 王丹丹, 高洁, 程海涛. 碳酸钙原位改性植物纤维及其复合材料性能表征[J]. 北京林业大学学报, 2016, 38(3): 95-101. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150297
引用本文: 王翠翠, 张双保, 羡瑜, 王丹丹, 高洁, 程海涛. 碳酸钙原位改性植物纤维及其复合材料性能表征[J]. 北京林业大学学报, 2016, 38(3): 95-101. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150297
WANG Cui-cui, ZHANG Shuang-bao, XIAN Yu, WANG Dan-dan, GAO Jie, CHENG Hai-tao. Properties of plant fibers and their composites modified in situ with calcium carbonate[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2016, 38(3): 95-101. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150297
Citation: WANG Cui-cui, ZHANG Shuang-bao, XIAN Yu, WANG Dan-dan, GAO Jie, CHENG Hai-tao. Properties of plant fibers and their composites modified in situ with calcium carbonate[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2016, 38(3): 95-101. doi: 10.13332/j.1000-1522.20150297
参考文献 (22)

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