竹粉表面修飾對高填充木塑結(jié)構(gòu)-性能的調(diào)控機理研究項目摘要

本項目從高木質(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、滲透性適中、表面覆蓋效率高、無污染的烷基烯酮二聚體（AKD）和烯基琥珀酸酐（ASA）對竹粉進行表面化學(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。重點研究改性參數(shù)和工藝的優(yōu)化，建立高效、經(jīng)濟、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，進而制備高竹粉含量WPC，并對其結(jié)構(gòu)性能進行表征。研究表面改性對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)。

為了探究木質(zhì)纖維表面修飾對高填充木塑復(fù)合材料（wood plastic compisites，簡寫WPC）結(jié)構(gòu)-性能的調(diào)控機理研究，本項目首先通過不同部位竹材制備出了聚丙烯（polypropylene，簡寫PP）基WPC，并對WPC的性能及其影響因素進行了系統(tǒng)分析，揭示了化學(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)對纖維形態(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，在球磨中通過機械/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，對其加工性能、結(jié)晶行為、力學(xué)性能和吸水行為等進行分析，揭示了混酸改性纖維素酯對PP的增強機理；通過彈性體烯烴嵌段共聚物（Olefin block copolymer，簡寫OBC）共混和馬來酸酐（maleic anhydride，簡寫MAH）接枝改性的方法制備了高韌性和高力學(xué)強度的PP基WPC，并對其尺寸穩(wěn)定性、動態(tài)力學(xué)和斷裂形貌進行分析，揭示了OBC和MAH對PP的增韌機理；通過烷基烯酮二聚體（Alkyl ketene dimer，簡寫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WPC的機械性能和加工性能進行了分析，探究了AKD的改性機理及處理工藝對WPC性能的影響規(guī)律；制備了一系列纖維含量高達70~85%的高填充PP基WPC，探究了纖維含量和AKD改性對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WPC的機械性能和加工性能進行了分析，揭示了木質(zhì)纖維表面能對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，建立了表面修飾對高填充WPC結(jié)構(gòu)-性能的調(diào)控機理。

本項目以未來超高溫隔熱陶瓷為研究對象，擬探明聲子與光子對超高溫陶瓷隔熱性能的影響規(guī)律，進而對超高溫隔熱陶瓷的成分、結(jié)構(gòu)和性能進行設(shè)計,采用第二相摻雜等途徑對超高溫陶瓷的成分、結(jié)構(gòu)和隔熱性能進行調(diào)控；擬采用化學(xué)共沉淀和濕混等實驗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；擬通過對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)控機制，揭示隔熱機理，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，將進一步豐富和發(fā)展我國的超高溫隔熱陶瓷材料體系，為我國自主研發(fā)高性能重型燃氣輪機和新型航空發(fā)動機等高溫?zé)釞C做好技術(shù)儲備。同時該研究對充分利用好我國豐富的稀土資源，加速我國稀土的產(chǎn)業(yè)開發(fā)也具有重要的意義。

輥壓機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度等因素，本項目通過試驗與數(shù)值計算相結(jié)合的方式研究了磨輥表面形態(tài)對其耐磨性能和粉碎性能的影響規(guī)律，認(rèn)為通過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。針對項目目的，（1）對吉林省亞泰水泥集團下屬部分企業(yè)的輥壓機使用情況進行了調(diào)研，實地研究了使用過程中輥壓機磨輥的結(jié)構(gòu)形態(tài)、磨損狀況等，對磨輥磨損機理進行了探討；（2）對沙漠蜥蜴、毛蚶等的體表形貌、結(jié)構(gòu)等進行了較系統(tǒng)的對比分析，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)計的仿生結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的耐磨性能，結(jié)合項目組已有研究成果，項目設(shè)計并加工了橫紋、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)滾壓機工作原理搭建了輥壓機模型試驗平臺，在平臺上進行了各仿生磨輥的磨損試驗和粉碎性能試驗，實驗結(jié)果表明，表面具有花紋的磨輥相對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試驗數(shù)據(jù)分析和計算，找到了花紋尺寸參數(shù)對耐磨性和粉碎性的影響規(guī)律；（4）分別采用連續(xù)體和離散體計算方法，對仿生磨輥進行數(shù)值分析，計算結(jié)果與試驗結(jié)果向吻合；（5）在試驗和數(shù)值計算基礎(chǔ)上對橫紋仿生磨輥的耐磨機理進行了分析，認(rèn)為橫紋磨輥具有較好耐磨性和破碎性主要是因為，對物料破碎性能而言，橫紋結(jié)構(gòu)的存在，使磨輥與被粉碎物料接觸時，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，增大對物料擠壓的同時，使物料內(nèi)部作用力傳遞的更遠且使相鄰物料間作用力梯度增大，有利于物料粉碎；對磨輥耐磨性能而言，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