IJPS 国际高分子科学杂志》上 1687 - 9430 1687 - 9422 Hindawi出版公司 528173年 10.1155 / 2010/528173 528173年 研究文章 纤维长度和浓度对小麦皮纤维橡胶复合材料的物理性质 Sobhy 法师。 1、2 会 m . T。 2、3 Rozman Hj喧嚣 1 物理系 理学院 AL-Baha大学,65431 1034年,卖方AL-Baha 沙特阿拉伯 bu.edu.sa 2 高分子物理实验室 物理系 理学院 Beni-Suef大学 Beni-Suef 埃及 bsu.edu.eg 3 物理系 艺术学院和科学 Egdabia分支 尤尼斯大学班加西 利比亚 garyounis.edu 2010年 30. 05年 2010年 2010年 28 10 2009年 06 03 2010年 22 04 2010年 2010年 版权©2010 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

Ethylene-propylene-diene三元共聚物(EPDM) /小麦皮纤维(码头)复合材料准备使用一个实验室规模两辊轧机。治疗特点和一些物理性质如肿胀,硫化胶的机械和热性能进行了研究。世界心脏联盟和橡胶之间的粘附状态矩阵是缺乏一般,但它开始加强矩阵在更高的码头内容更高的限制和穿制服的大分子的分子运动纤维产生的应力分布。从TGA分析、热稳定性能,进而部分增强WHF-EPDM的强化复合材料由于自然附着在硫化。

 1。介绍

天然纤维是细分根据他们的起源,来自植物、动物或矿物。天然植物纤维分为四种类型:种子毛(棉、木棉)、韧皮纤维(亚麻、大麻、黄麻、苎麻)leaf-fibers(剑麻、龙舌兰纤维、椰壳、马尼拉麻),和木粉(小麦皮、稻壳)[ 1- - - - - - 5]。众所周知,埃及的小麦皮纤维被[ 1)很长一段时间前,建筑作为建筑材料与粘土混合。一般来说,使用不同类型的天然纤维增强塑料(热固性塑料和热塑性塑料)和玻璃纤维复合材料的力学性能,并且他们已经应用,例如,在汽车和家具工业由于其相对高强度和刚度、低密度( 5]。

复合材料可以根据所需的属性,将颗粒填料纳入聚合物基质,以适应不同的应用程序( 6]。对经济和环境的原因 7, 8),有一个越来越使用的聚合物复合材料充满了木质纤维原料如木粉、稻壳、小麦皮,黄麻,剑麻[ 9- - - - - - 12]。

遇到的主要缺点在天然木质纤维原料为聚合物的结合是缺乏这两个组件之间的附着力好,特别是在橡胶中,由于不相容的亲水性天然纤维作为强化与疏水性聚合物矩阵( 13, 14]。

此外,这些复合材料通常是与集聚由于分散不充分,造成填料的倾向也形成氢键彼此在处理( 13- - - - - - 15]。此外,极地表面羟基的木质纤维原料有困难与非极性形成well-bonded接口矩阵,如氢键)倾向于防止填料表面的润湿 14- - - - - - 16]。

许多作者( 6, 9- - - - - - 12, 17- - - - - - 21在这个地区)进行了研究。他们已经表明,天然纤维的掺入聚合物可以改善一些所需的属性。然而,则较少受到关注的天然纤维形成弹性复合材料( 21- - - - - - 30.]。这些复合材料表现出行为相结合的软,弹性橡胶矩阵,僵硬的强纤维强化。因此,这些填料或强化艾滋病被添加到橡胶配方优化的属性。众所周知,小麦皮纤维(码头)被视为一种农业废弃物表明重要的低成本和环保填料来源于可再生来源。因此,码头有有趣的来源,仍在认真研究和最新发展应该提供各种各样的产品,没有认真尝试直到现在。

在本文中,首先介绍了试图估计的影响纤维大小码头之间的界面粘附常数浓度(30 phr)和三元乙丙橡胶矩阵。其次,纤维的影响加载在纤维之间的界面粘附小麦壳和三元乙丙橡胶矩阵进行求值。振动盘rheometric分析(治愈米)和热重分析(TGA和DTGA)以及肿胀测量复合材料的拉伸性能进行了研究。

 2。实验 2.1。材料

从农业地区小麦壳获得(Beni-Suef,上埃及)。在使用之前,小麦壳与自来水彻底洗几次跟着三次与去离子水删除任何坚持不受欢迎的土壤,粘土,灰尘和终于干 102年 ± 2 ° C在一夜之间。干壳停飞机械在旋切机(10000 rpm), 2 - 3.5毫米范围然后已筛自动分类根据其长度。研究了纤维长度短(< 125 μ 米);西南、中(125 - 250年 μ 米);MW、高(250 - 500年 μ 米);和HW。用小麦皮纤维的化学成分表表示 1。

小麦皮纤维的化学成分(码头)。

作文 %
木质素 16.4
纤维素 30.5
半纤维素 28.9
灰分含量 11.2 - -6.6
其他人 2。4

Ethylene-propylene-diene三元共聚物(EPDM) E / P比值,比重0.87 - -0.89通用/ 57/43厘米3从二氯萘酯化工有限公司供应公司,Naugatuck,美国。石蜡是使用分子量340 - 430和宽熔点35 - 75 ° C,而其他标准橡胶复合材料如硬脂酸、氧化锌、和硫,所提供的运输和工程公司,TRANCO,埃及、亚历山德里亚市的商业成绩和使用前未经纯化。使用的有机溶剂肿胀测量是氯仿;它的密度是1.49通用/厘米3。

 2.2。样品制备

给出了混合的配方表 2。复合材料是准备实验室在两辊轧机(150毫米×300毫米)维持在近50 ° C,所描述的美国检测与材料协会ASTM D3184 - - - - - - 89年。夹缺口,轧机轧制速度比,程数保持相同的混合。足够的时间的样本研磨分散的纤维矩阵在轧机1.25毫米。码头是合并的混合过程,考虑复合的流向,确保大部分的纤维方向相同。橡胶混合在近25条件 ° C 24 h治疗前评估孟山都振动盘流变仪- 100根据ASTM D1646 (odr - 100)。液压机的硫化进行了大约4 MPa的压力下,150年 ° C的三元乙丙橡胶化合物和根据流变仪获得的最佳固化时间数据。

基本配方的码头三元乙丙橡胶复合材料

成分(phr) 兆瓦 0 兆瓦 15 兆瓦 30. 兆瓦 40 兆瓦 50 西南 30. HW 30.
三元乙丙橡胶 One hundred.
氧化锌 5
硬脂酸 1
HAF 一个 (n - 330) 30.
石蜡 5
码头 b 0 15 30. 40 50 30. 30.
主战坦克 c 1
P β N d 1
树脂 5
硫 2
长度, μ 米 125年- - - - - - 250年 < 125 250年- - - - - - 500年

一个 高耐磨炉黑, b 小麦皮纤维, c dibenthiazyl二硫化, d 苯基- β 萘胺。

 2.3。描述

固化特性在孟山都odr - 100流变仪测量温度150 ° C (ASTM D1646和D2084)。获得的化合物治愈根据各自的治疗时间( 31日, 32]。肿胀试验(ASTM D471)上执行的匀速圆周切compression-molded橡胶样品5毫米直径和浸/增益方法[2毫米厚的 33, 34)在纯氯仿在室温下了两天,让肿胀及扩散平衡。哑铃形铣刀来下班打卡的拉伸试样2毫米硫化复合表和根据纤维取向(longitudinal-transverse)。拉伸测量(ASTM d412 - 98 a)进行了十字头50毫米/分钟的速度在茨威格1425拉力试验机。抗拉强度, σ y 极限伸长, E b %,在室温下测定的检查样品 21, 23- - - - - - 26, 35]。

热重分析(TGA)是一种热分析技术,用来测量质量变化,热分解,复合材料的热稳定性 36- - - - - - 39]。

 3所示。结果和讨论 3.1。硫化行为

众所周知,扭矩的增加是由于橡胶的交联或纤维的存在,而趋于完成固化。治疗的数据特征在不同浓度的WHF-EPDM表表示 3。最低的扭矩值的增加” 米 l “最大” 米 H ”表示增加的纤维增强材料的刚度。也表明,HW的最大扭矩值高于其他复合材料由于要么改善填料分散使用的高纤维长度或治疗增强根据弹性体/加速器系统使用的类型( 31日, 32, 40, 41]。

WHF-EPDM复合材料的硫化特性。

混合 米 H (认为) 米 l (认为) 米 H − 米 我 (认为) T C 90年 (分钟) T 年代 我 (分钟) 中国国际广播电台(最低−1)
兆瓦 0 77年 8.4 68.6 19.70 3.25 6.08
兆瓦 15 78.9 9.0 69.9 20.75 2.33 5.43
兆瓦 30. 78.9 10.9 68.0 20.25 2.73 5.56
兆瓦 40 77年 10 67.0 18.83 1.85 5.89
兆瓦 50 77.8 12.9 64.9 20.3 2.26 5.54
HW 30. 85.9 11.2 74.7 19.60 2.15 5.73
兆瓦 30. 78.9 10.9 68.0 20.25 2.73 5.56
西南 30. 77.8 10.2 67.6 20.00 2.13 5.59

固化时间= t C 90年 ,烧焦时间= t 年代 2 ,治愈率 指数 = 中国国际广播电台 = One hundred. / ( T C 90年 - - - - - - T 年代 2 ) 。

一般来说,结果似乎主要依赖橡胶矩阵在三元乙丙橡胶和纤维浓度的增加没有治愈时间和烧焦时间影响很大,也就是说,橡胶阶段起着至关重要的作用在基于天然纤维聚合物复合材料的性能 31日]。

 3.2。纤维长度对力学性能的影响

抗拉强度和断裂伸长率值包含一个常数的三元乙丙橡胶复合材料数量(30 phr)的码头不同长度(SW兆瓦,HW)如图 1,分别。

(a)抗拉强度和断裂伸长率(b), %,小麦皮纤维(码头)填充EPDM混合物在不同的长度。

它表现出兆瓦的样本中纤维长度(125 - 250年 μ 米)在纵向和横向方向值略高于其他标本SW的短长度(< 125 μ 米)和HW的长度(250 - 500年 μ 测量参数的m)由于更好的和均匀分散的纤维三元乙丙矩阵。虽然HW示例显示了一个价值略低的抗拉强度由于其比例相对高于其他样品SW和兆瓦或更高程度的木质素表面有结块倾向通过氢键的形成,也就是说,含有极性羟基( 15, 16]。因此,在增加纤维表面之间的氢键,与三元乙丙橡胶基体接触的面积是降低。然而Klason et al。 21)表示,木质纤维素的纤维的比例并不一定导致复合的强度的提高,特别是如果有广泛的纤维集聚橡胶矩阵。同时,减少对HW可能造成的断裂伸长率可变形性下降的刚性填料与橡胶之间的接口矩阵。

 3.3。纤维加载对力学性能的影响

复合材料的中等长度的行为(MW)包含0、15、30、40、50 phr码头的抗拉强度如图 2(一个)。结果表明,拉伸强度会随着填料的比例增加。类似的结果所观察到的几位工人 23, 35]。这意味着码头倾向于包抱紧在一起,抵制个人分散纤维随着纤维含量的增加。这些表明缺乏纤维和橡胶之间的附着力矩阵,一个主要原因为穷人抗拉强度30 phr在两个方向。但纤维的数量是40 phr足以抑制矩阵后,应力分布均匀,因此纤维开始加强矩阵。类似的趋势被Murty报道,德( 24),Setua和德 25],Dzyura [ 26]。

(一)抗拉强度和断裂伸长率(b), %,在不同浓度的WHF-filled三元乙丙橡胶复合材料。

断裂伸长率, ε b %,三元乙丙橡胶复合材料的增加而增加码头装载到一定浓度(> 30 phr)如图 2 (b)。这意味着在填充加载, ε b %,减少与增加填充加载在一个更高的限制预计大分子的分子运动,所以码头往往增加了额外的流动阻力和降低阻力突破( 23]。伸长是互惠的刚度材料( 42, 43),结果表明,纤维给予更大的加强效果的空缺。

 3.4。影响纤维肿胀测量加载

几篇文章研究了橡胶硫化胶的膨胀特性在一个广泛的溶剂( 33, 34]。在平衡状态下的肿胀治疗根据Flory-Rehner理论( 44)的膨胀橡胶聚合物: ln ( 1 - - - - - - V r ) + V r + χ V r 2 + V c V 1 ( v r 1 / 3 - - - - - - V r 2 ) V 0 = 0 , 在哪里 V r 是橡胶的体积分数后肿胀, χ 是polymer-solvent交互参数, V c 是“物质的量”的数量的有效网络链在最初或unswollen卷 V 0 , V 1 摩尔体积的溶剂。

肿胀的程度和交联密度的函数码头装载在图表示 3。吸收的溶剂, 问 t (摩尔%)值下降,而交联密度, v e ,值是随着世界心脏联盟增加化合物的浓度。这是因为链缠结增加随着世界心脏联盟的增加,从而减少溶剂吸收。

肿胀的程度和交联密度的变化作为码头浓度的函数填充EPDM硫化胶。

限制的程度对增强填料允许一个方程的形式给出了克劳斯( 32- - - - - - 34]: V r o V r f = 1 - - - - - - ( 3 c ( 1 - - - - - - V r o ) + V r o - - - - - - 1 ] ( ϕ / ( 1 - - - - - - ϕ ) ] , 在哪里 V r o 是橡胶的体积分数没有填充的硫化胶, V r f 是橡胶的填充硫化胶的体积分数, ϕ 填料的体积分数, c填料的不变特征,表明粘连的程度( 22- - - - - - 30.]。

纤维之间的界面粘附和橡胶的体积分数值的估计在干燥的三元乙丙橡胶( V 我 )、肿胀( V F ),样品和 V T ( = V 我− V F / V 我 WHF-EPDM混合)和表表示 4。

体积分数的三元乙丙橡胶在氯仿由于肿胀。

混合 V 我 V F V T
兆瓦0 0.6666 0.41897 0.37154
兆瓦15 0.6060 0.42364 0.30092
兆瓦30. 0.5555 0.44995 0.19000
兆瓦40 0.5263 0.46628 0.11404
兆瓦50 0.5000 0.49908 0.00182

复合材料含有更高的码头的内容大大降低 V T 值比那些没有填料。Das ( 22)发现,改善纤维和橡胶之间的附着力,因素 V T 下降了超过0.04个单位。这意味着较高的加载化合物表现出高阻肿胀,而空缺的。因此, V F 将有一个相对更高的价值和 V T 会有一个相对较低的价值。另一方面,如果结合很穷, V F 会相对较低,导致高吗 V T 价值。随着纤维负载的增加,渗透在平衡溶剂肿胀的数量减少。这是由于增加障碍产生的纤维在高加载。

 3.5。纤维加载在热性能的影响

热重分析(TGA)是用于研究分解的动力学,这提供了一个了解高分子材料的热稳定性。一个伟大的兴趣是通过添加一个新的维度TGA分析的能力记录减肥的一阶导数,即DTGA [ 36]。众所周知,有许多提出的方法计算分解的动力学参数( 36- - - - - - 38]。因此,报道值不仅在实验条件还依赖数据的数学处理( 39]。

图 4显示了码头的热降解模式、三元乙丙橡胶和WHF-EPDM硫化胶,TGA-DTGA曲线显示主要的减肥%氮介质和温度范围30 - 600 ° C。

TGA-DTGA曲线(a)的原始码头,EPDM硫化橡胶(b)和(c)样本兆瓦 30. 。

原料皮的纤维和EPDM硫化胶(MW 0 )的特点是一个退化的一步。这里最初的小减肥%在180 - 200左右 ° C是由于挥发性物质的存在如硬脂酸( 45]。减肥%的速度变化,当温度从TGA曲线推导出表来表示 5,码头可以理解通过热分解通过加热过程超过216 ° c .因此,码头公司的三元乙丙橡胶矩阵引入了一个更有效的财产意味着改善热稳定性。同时,EPDM硫化胶的DTGA曲线显示了一个顶点表示分解的速度更快而WHF-EPDM硫化胶的样品。

分解温度的码头、三元乙丙橡胶和WHF-EPDM硫化胶在不同减肥%。

减肥,% 码头( ° C) 兆瓦0( ° C) 兆瓦15( ° C) 兆瓦30.( ° C) 兆瓦40( ° C) 兆瓦50( ° C)
5 216.4 293.0 273.3 278.5 267.0 267.1
10 267.0 366.6 319.3 319.8 302.9 302.8
20. 296.8 459.6 447.3 431.9 385.2 366.5
30. 312.0 472.5 466.9 468.5 461.5 462.3
40 324.5 479.8 475.9 479.5 473.7 475.9
50 340.5 486.0 482.9 486.9 481.5 484.4
60 430.4 492.1 488.6 493.9 488.9 492.0
70年 544.5 499.0 496.8 502.7 499.0 502.5

进一步分析的热分析图WHF-EPDM硫化胶在桌子上 6,它表明,硫化胶的第一降解步骤控制主要由皮纤维和证实TGA-DTGA曲线(cf,图 4)。

温谱图的分析码头、三元乙丙橡胶和WHF-EPDM硫化胶的加热速度10 ° C /分钟。

样本 T 米 1 , ° C T 米 2 , ° C Δ w / d t 在 T 米 1 ( % 最小值 ) Δ w / d t 在 T 米 2 ( % 最小值 ) Wt。损失(%)
码头的 323.3 - - - 10 - - - 73.79
兆瓦0 - - - 486.02 - - - 65% 75.25
兆瓦15 316.54 480.3 7% 56% 75.10
兆瓦30. 341年 489.6 13% 72% 73.94
兆瓦40 320.08 479.71 6% 29% 73.64
兆瓦50 325.3 483.2 11% 53% 73.01

码头公司的矩阵EPDM硫化胶为主的最大分解率降低降解二步 T 米 2 ,相对于空硫化胶兆瓦0(486 ° C)如图 5。

DTGA曲线的码头和WHF-EPDM硫化胶。

然而,增加皮纤维负载增加的速度分解在降解的第一步, T 米 1 ,从316.54 ° C在兆瓦15。 T 米 1 , T 米 2 显示混合兆瓦的最大值30.341和489.6 o C,分别的码头最佳浓度。与此同时,码头和三元乙丙橡胶控制步骤 T 米 2 他们发生在温度对应于原始的橡胶。

最后,发现残留的降解稍高的最佳浓度世界心脏联盟由于硫化期间形成的稳定的产品。它可能导致自然改善码头之间的附着力和三元乙丙橡胶特别是兆瓦30.。

 4所示。结论

小麦皮纤维的性能“码头”作为增强填料和不同长度和加载ethylene-propylene-diene三元共聚物(EPDM)检查。从上述讨论,可以得出这样的结论:最优长度”兆瓦30.”是由拉伸测试,确认这些纤维往往凝聚的是由于木质素表面度越高,进而增加纤维表面之间的氢键,降低接触的面积。

此外,信息的最佳填充内容检测抗拉强度值在两个方向之间的粘附情况世界心脏联盟30 phr和橡胶矩阵是缺乏。虽然填料含量的进一步增加,纤维的应力分布是穿制服的,然后开始加强矩阵,一个更高的限制大分子的分子运动,渗透在平衡溶胀量减少,和热稳定的产权TGA分析检测。

最后,强化WHF-EPDM复合材料的获得是由于自然改善码头之间的附着力和三元乙丙橡胶在硫化特别是兆瓦30.。

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