课题基金 / 基金详情

基于热可逆共价化学的木塑复合材料蠕变与热变形调控

批准号:
32071698
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
欧荣贤
依托单位:
学科分类:
草种质资源与遗传育种
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
欧荣贤

项目摘要

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中文摘要
以木质纤维与热塑性聚合物为主要原料制备的木塑复合材料(木塑),当长期受荷重和热负荷时,由于线型聚合物固有的粘弹特性而易产生蠕变和热变形,严重影响其使用性能。因而抗蠕变和热变形是木塑产业界面临的重大技术瓶颈,也是学术界关注的核心科学问题。本项目提出将热可逆共价交联网络引入木塑体系中,实现加工温度下可高效塑化,使用温度下可永久交联,从而维持结构稳定,抗蠕变且热可塑。采用固体核磁、显微拉曼、红外光谱等原位变温技术,研究热可逆共价交联体系在升降温过程中拓扑结构的动态化学键演化,采用热分析和流变仪研究可逆转变的热力学和动力学,通过蠕变和热膨胀试验及有限元分析研究木塑抗蠕变和热变形性能。揭示热可逆共价交联单体结构与交联密度等因素对拓扑结构重组温度和交换反应动力学速率、木塑流变特性、抗蠕变、抗热变形等的影响规律,阐明热可逆共价交联网络调控木塑蠕变和热变形的新机制,为高抗蠕变抗热变形木塑技术提供科学依据。
英文摘要
Wood-plastic composite (WPC) fabricated with lignocellulosic fibers and thermoplastics, will undergo creep and thermal deformation when it is subjected to long-term external forces and heat load. This is due to the intrinsic viscoelastic properties of linear macromolecular chains ascribed to their thermodynamic movement. The existence of creep and thermal deformation is the fatal defect of WPC, which restricts its popularization and application. Therefore, increasing the creep resistance and thermal stability is an international technique and academic problem needed to be attacked in both industry and academia. In this project, thermally reversible covalent crosslinked polymer networks will be introduced into WPC. The reversibly crosslinked WPC can be efficiently plasticized at high temperatures and permanently crosslinked at service temperatures, showing remarkable reprocessability, mechanical properties, creep resistance, and thermal stability. In situ variable-temperature high-resolution 13C solid-state NMR, micro-Raman, and FTIR will be used to follow the evolution of dynamic covalent bonds of crosslinked polyolefin networks during thermal cycles. The thermodynamic analysis and kinetics of the crosslinked networks will be characterized by thermal analysis technique. The creep resistance and thermal deformation of the WPC will be tested and simulated by finite element analysis. The influence of reversible covalent bond type, monomer structure, and crosslinking density on the temperature and kinetic rate of topology reconstruction, rheological behavior of WPC melt, crystallization behavior, creep resistance, and thermal deformation of WPC will be revealed. The new mechanism of creep and thermal deformation of WPC regulated by the thermally reversible covalent crosslinked polymer networks will be elucidated. This will provide a theoretical basis for WPC technology with high creep and thermal deformation resistance.
以木质纤维与热塑性聚合物为主要原料制备的木塑复合材料(木塑),当长期受荷重和热负荷时,由于线型聚合物固有的粘弹特性而易产生蠕变和热变形,严重影响其使用性能。因而抗蠕变和热变形是木塑产业界面临的重大技术瓶颈,也是学术界关注的核心科学问题。本项目提出将热可逆共价交联网络引入木塑体系中,实现了加工温度下可高效塑化,使用温度下可永久交联,从而维持结构稳定,抗蠕变且热可塑。. 首先,以马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)中的酸酐基团作为反应位点,采用接枝和交联改性等方法,制备了以酯键和Diels-Alder键作为热可逆共价交联键的热可逆共价交联MAPE(TRC-MAPE),然后,以TRC-MAPE作为基体树脂,制备了热可逆共价交联木塑(TRC-WPCs),并系统评价了热可逆共价交联结构对TRC-WPCs的静态力学、动态力学、抗蠕变、流变特性以及循环加工性能的影响,揭示了结构与性能的相互关系。与普通木塑相比,TRC-WPCs的吸水率降低了71.8%,30℃和80℃下的蠕变应变分别降低了50.0%和24.6%。经三次循环加工后,TRC-WPCs的拉伸强度和模量的保留率分别为69.5%和88.8%,表现出较好的可循环加工性能。. 其次,利用酯交换反应,采用热压成型工艺合成了由木粉、E-51环氧树脂和邻苯二甲酸酐构成的TRC-WPCs。系统研究了木粉含量(50-90 wt.%)、催化剂添加及循环再加工对TRC-WPCs性能的影响。结果表明,当木粉含量为70 wt.%时,TRC-WPCs呈现出最为平衡的力学性能,其弯曲强度、抗拉强度和冲击强度分别比相同WF含量的普通木塑提高了430%、344%和271%,从室温到90°C的尺寸变化几乎不变。此类增强可归因于共价交联网络的形成、高玻璃化转变温度以及环氧树脂/WF界面处改进的粘结强度。. 本项目揭示了热可逆共价交联单体结构与交联密度等因素对拓扑结构重组温度和交换反应动力学速率、木塑流变特性、抗蠕变、抗热变形等的影响规律,阐明了热可逆共价交联网络调控木塑蠕变和热变形的新机制,为高抗蠕变抗热变形木塑技术提供科学依据。TRC-WPCs独特的特性,包括优异的机械强度、卓越的抗蠕变性和热稳定性,以及可再加工性,使其成为在航空航天、汽车、轨道交通和海洋工程等苛刻环境中高级复合材料应用的有前途的候选者。
基于热可逆共价化学的木塑复合材料界 面作用与抗蠕变机理
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    欧荣贤
  • 依托单位:
竹粉表面修饰对高填充木塑结构-性能的调控机理研究
  • 批准号:
    31600459
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    欧荣贤
  • 依托单位:
国内基金
海外基金