超低密度生物质基发泡复合材料泡孔形成与强化机理的研究

本项目以沙生灌木纤维为主要原料，采用聚合物发泡技术与无纺织技术、人造板生产技术相结合，开展超低密度生物质基复合材料制备的相关基础理论研究。重点研究发泡复合材料的泡孔形成和泡孔对材料的强化机理，泡孔形成主要分析气体在聚合物中的溶解度、扩散系数及聚合物粘弹性等因素对泡孔形态、泡孔分布及泡孔大小的影响，从而确定最佳泡孔的形成条件。研究中采用单丝拔脱实验法分析木纤维在界面微区的直接剪应力，确认木纤维和泡孔的作用机制，并采用核磁共振仪（NMR）分析木纤维改性前后官能团的变化，探讨泡孔对材料的强化作用。在此基础上通过扫描电镜对复合材料界面形貌的分析，建立泡孔形态、泡孔大小及孔隙率与材料力学性能的相关性，进一步阐述泡孔强化机理。 本项目研究旨在开发超低密度生物质基复合材料，为开发超低密度生物质基复合材料提供基础理论依据。

为了使生物质基发泡材料的性能可以和纯石油基产品媲美，本项目以沙生灌木为主要原料，采用聚合物发泡技术与人造板生产技术相结合，研究了发泡复合材料制备和性能及其相关基础理论研究。结果表明：沙柳液化产物的最佳发泡工艺为，异氰酸酯1.2：1，CaCo3加量为4%，催化剂量加量为6%，水的加量1%，此条件下制备的发泡材料的密度为0.054g/cm3，抗弯强度为4.575MPa，弹性模量为144.7 GPa，内结合强度为0.228 MPa；加入SiC纳米粒子1.5%并超声时间为20min时，保温吸声材料的力学性能大幅提高；发泡材料的红外谱图上出现了N-H、-CH2、C-O-C等官能团，是聚氨酯骨架结构氨基甲酸酯特征吸收峰，加入SiC纳米粒子后只有在600-1100 cm- 1波段内出现了其他特征吸收峰；发泡材料的SEM分析：加入SiC纳米粒子后，发泡材料的泡孔更小更均匀，且泡孔基本不变形，泡孔壁上有较均匀分散的SiC纳米粒子，增强其力学性能；发泡材料和“三明治”吸声保温材料的吸声系数平均都在0.5以上，属于较强的吸声材料，且加入SiC纳米粒子后，吸声系数明显增加； “三明治”吸声保温材料的导热系数平均都在0.13（W /(m•K)）以下，SiC纳米粒子对其保温性能基本没有影响，为将来提供一种绿色环保吸声保温且力学性能好的轻质材料。