茶粉/聚丙烯复合材料加速老化性能

为高值化利用茶产业剩余物资源,拓宽木塑复合材料中植物纤维来源,以废弃茶梗(tea stalk,TS)为有机填料,与聚丙烯(Polypropylene,PP)制备了TS/PP复合材料;同时为研究其户外应用和老化机制,考察了冻融循环老化对TS/PP复合材料力学性能、材色及热性能的影响,并用傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectrum,FTIR)、扫描电镜(scanning electronic microscopy,SEM)等分析了复合材料的化学结构、表面形貌及老化机制。结果表明:在经历12次冻融循环老化后,复合材料的弯曲强度、缺口冲击强度、弯曲模量及硬度值保留率分别为28.9%、40.1%、34.5%和86.5%,复合材料的亮度变化值(△L*)、红绿轴色品指数变化值(△a*)、黄蓝轴色品指数变化值(△b*)及色差值△E分别为16.41、2.80、9.03和18.93;复合材料维卡软化点(vicat softing point,VSP)下降了2.9℃,茶粉组分的最快热降解温度降低了4℃;茶粉中木素苯环结构红外吸收峰强度减弱甚至消失,表明在冻融循环老化中茶粉中木素成分发生了降解。SEM显示随冻融循环次数增加,TS/PP复合材料表面裂纹数量增多,裂纹深度和宽度增大,甚至出现交叉裂纹。该研究结果可为进一步探索茶塑复合材料制备及老化规律,提供试验数据和理论参考。     

冻融循环老化降低竹粉/聚丙烯发泡复合材料性能

竹粉/聚丙烯(polypropylene,PP)发泡复合材料具有密度低、比强度高等优点,为了探讨期老化规律,该文研究冻融循环对不同竹粉含量(0,20%,33%和42%)的发泡复合材料的材色、物理力学性能、热学性能的影响,并结合环境扫描电镜(environmental scanning electronic microscopy,ESEM)和傅里叶红外光谱(fourier transform infrared spectrum,FTIR)对复合材料的表面形貌及化学结构进行分析。结果表明:随着竹粉含量增加,冻融循环老化对复合材料的材色和物理力学性能影响越明显,且随着冻融循环次数的增加,复合材料产生的色差越大,力学性能降低越多。9次冻融循环后,0、20%、33%和42%竹粉/PP发泡复合材料产生的色差ΔE*分别为0.9、2.4、7.0和9.9,弯曲模量、弯曲强度、拉伸强度和缺口冲击强度的保留率分别为95.2%~99.1%、97.3%~98.9%、94.9%~97.5%和92.0%~95.6%。热重分析(thermogravimetric analysis,TG)结果表明,9次冻融循环老化后,0和33%竹粉/PP发泡复合材料的初始热分解温度分别下降了19和8℃。ESEM显示,老化后复合材料表面出现少量的裂纹以及褶皱,且少量的表层高分子层脱落。FITR测试结果发现,冻融循环过程中复合材料的木材指数减少,表明材料表面的竹粉颗粒损失,且基体PP的基团峰强度减弱。该研究可为进一步探索竹塑发泡复合材料的老化规律,制定产品标准提供试验数据和理论参考。     

稻秸秆粉/聚丙烯复合材料力学性能

采用模压成型工艺制备稻秸秆粉/聚丙烯木塑复合材料,利用万能电子试验机测试了复合材料的拉伸及弯曲性能,用冲击试验机测试了复合材料的冲击性能,用体视显微镜对复合材料的微观结构断面进行了观察。结果表明,硅烷偶联剂KH570处理稻秸秆粉是较好的处理方法,稻秸秆粉质量分数为50%,粒度为60目时,稻秸秆粉/PP复合材料综合力学性能较好。其复合材料表面微观结构光滑。     

玄武岩纤维布/不饱和聚酯复合材料耐老化性能

为探明玄武岩纤维/不饱和聚酯(UP,unsaturated polyester resin)复合材料的耐候性和力学性能,通过人工模拟加速气候箱对复合材料进行紫外光和冷凝处理,并测试、分析老化前后复合材料的力学性能、微观结构及化学结构的变化。力学性能测试发现,老化后的复合材料力学性能下降明显,拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度和弹性模量与未老化相比分别下降了35%、20%、60%和52%。扫描电子显微镜(SEM,scan electron microscope)观察老化前后的复合材料,发现包裹在纤维周围的树脂逐渐脱落,基体降解并产生碎片和横向裂纹并不断扩展形成多级开裂。傅立叶红外光谱分析(FTIR,Fourier transform infrared spectrum)测试发现,老化后的复合材料在1 725 cm-1处的酯羰基吸收峰减弱,1 280和1 130 cm-1处酯基消失;同时,在747和702 cm-1处的邻苯型1,2-二取代吸收峰也消失。研究结果表明,不饱和聚酯上的羰基与双键或苯环上的羰基共轭体系发生变化,使酯羰基分解产生CO;同时,聚酯发生链断裂、自由基终止等交联反应。玄武岩纤维/UP复合材料的耐老化研究有利于延长该产品的使用寿命,对下一阶段制备玄武岩纤维/亚麻纤维混杂复合材料的耐候性和力学性能提供参考依据。     

竹粉/不饱和聚酯复合材料力学性能与断面图像特征

为探明粒径对竹粉/不饱和聚酯复合材料力学性能的影响以及力学性能与拉伸断面图像特征之间的关系,采用平板模压法制备了竹粉/不饱和聚酯复合材料并测试了其力学性能,应用局部二元模式直方图的傅立叶特征算法提取复合材料拉伸断面电子显微镜图像特征。结果表明:与20～30目竹粉比较,>30～40目竹粉/不饱和聚酯复合材料的拉伸强度、弯曲强度与弯曲模量分别提高32.9%、34.4%、25.4%;>100～120目的复合材料拉伸强度、弯曲强度与弯曲模量则比>30～40目的分别降低10.6%、20.8%、12.9%;200目竹粉/不饱和聚酯复合材料的拉伸强度与弯曲强度比>100～120目的分别提高11.7%与18.3%。不同粒径竹粉复合材料拉伸断面图像特征存在差异,具有相似力学性能的复合材料断面图像纹理特征有一定相似性。本文通过拉伸断面图像特征来表征复合材料微观形貌与力学性能的差异,为建立复合材料断面微观形貌与力学性能之间的定量关系提供参考。     

理化预处理麦秸改善其聚丙烯复合材料抗霉菌腐蚀力学性能

为探讨麦秸秆不同处理方法对其制备的聚丙烯（polypropylene,PP）复合材料耐霉菌腐蚀性能影响,采用NaOH、HAc、水热、微波4种方法对麦秸秆纤维进行表面预处理,并对未处理和4种处理麦秸秆制备的复合材料进行霉菌加速腐蚀试验,测试了5种复合材料腐蚀前后的力学性能、颜色变化和吸水性,用傅立叶红外光谱分析其官能团的变化,观察并分析复合材料表面霉菌生长情况及表面微观结构。结果表明：霉菌能腐蚀麦秸秆纤维中的纤维素、半纤维素和木质素,使复合材料表面产生裂纹和孔洞,预处理可改善麦秸秆纤维和PP基体间的界面结合,有效地阻止霉菌腐蚀复合材料中麦秸秆的纤维素、半纤维素和木质素,其中5%NaOH预处理效果最佳,其弯曲强度、拉伸和冲击强度分别比未处理的提高了1.68%、3.67%和75.28%,吸水率和色差值降低12.99%和55.25%,经预处理麦秸秆制备复合材料腐蚀后表面裂纹和较大孔洞减少。该研究结果可为提高木塑复合材料防霉效力提供试验数据和理论参考,有利于延长木塑复合材料使用寿命。     

不同表面处理麦秸秆对木塑复合材料性能的影响

为提高麦秸秆纤维与聚丙烯(polypropylene,PP)基体的界面结合力,采用复合处理法对麦秸秆纤维进行表面处理:先分别用NaOH、乙酸溶液浸泡、水热处理、蒸汽爆破和微波等方法对麦秸秆纤维进行预处理,再复合偶联剂法处理麦秸秆纤维;用熔融共混、模压成型方法制备麦秸秆/废弃PP木塑复合材料,探讨了麦秸秆不同表面处理方法制备PP木塑复合材料力学性能和吸湿吸水性能;用体视显微镜对不同处理的麦秸秆及木塑复合材料拉伸断面进行观察。结果表明:经复合处理的麦秸秆与PP木塑复合材料力学性能和吸湿吸水性能均优于单纯使用偶联剂处理的麦秸秆与PP木塑复合材料;NaOH和乙酸复合处理的复合材料力学性能和抗吸湿吸水性能较好,水热和蒸汽爆破复合处理的复合材料次之。麦秸秆经复合处理后,表面变粗糙,秸秆纤维和PP基体的界面黏合性得到改善。该文研究结果对通过麦秸秆纤维表面处理提高麦秸秆/废弃PP木塑复合材料的性能有重要的实际意义。     

含炭量对木炭/聚丙烯复合材料性能的影响

为了改善聚丙烯(polypropylene,PP)的力学性能,该文以木炭、聚丙烯(polypropylene,PP)为主要原料,采用双螺杆挤出机制备木炭/PP复合材料。并利用X射线衍射仪(X-ray diffractometer, XRD)、差式扫描量热仪(differential scanning calorimeter, DSC)、电子万能力学试验机、动态热机械分析仪(dynamic mechanical analyzer, DMA)、场发射扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)等仪器对复合材料进行性能特性的表征分析。试验结果表明,PP基体在高温下以流体的形式流入木炭的孔隙,并与木炭相互缠绕、粘结,形成一种界面较为致密的结构,这种结构使得复合材料具有较好的静态力学性能(拉伸强度最高为25.47 MPa)与动态力学性能(储能模量最高为4 921.92 MPa)。研究结果可为木炭在生物基材料方面的应用提供新的思路。     

竹粉/聚丙烯发泡复合材料加速老化性能的研究

为改善木塑复合材料密度大、韧性差的缺陷,采用注塑法制备竹粉/聚丙烯(polypropylene,PP)发泡复合材料;同时为加强木塑材料的生产和质量管理,采用氙灯加速老化方式,研究老化对发泡复合材料力学性能、材色、流变性能的影响,并采用环境扫描电镜(environmental scanning electronic microscopy,ESEM)和傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectrum,FTIR)对材料进行分析。结果表明:历时1 200 h氙灯加速老化后,材料的弯曲强度、弯曲模量和缺口冲击强度的保留率仅分别为79.4%、68.3%和75.6%;产生的色差ΔE*和白度变化值ΔL*分别为49.0和48.4。频率扫描结果显示,老化后,复合材料的模量和黏度下降。ESEM显示,老化后材料表面出现孔洞和裂缝,且部分竹粉暴露在材料表面。FTIR结果表明,老化过程中,复合材料发生了光氧化降解反应。该研究可为进一步探索竹塑发泡复合材料的老化规律,制定产品标准提供试验数据和理论参考。     

竹粉热处理改善竹粉/聚丙烯复合材料的防霉性能

为改善竹粉/聚丙烯(polypropylene,PP)复合材料的防霉性能,该文通过对竹粉进行热处理,处理温度为150~190℃、处理时间为60~240 min,研究热处理对竹粉化学成分、失重率及吸湿性的影响,测试热处理竹粉对竹粉/PP复合材料颜色、力学性能、表面润湿性及防霉性能的影响。结果表明:随着热处理温度的升高和热处理时间的延长,竹粉综纤维素含量逐渐降低,木质素含量逐渐增加,失重率增大,吸湿性降低;与未热处理的竹粉/PP复合材料相比,热处理复合材料的色差最大值为7.54,弯曲强度和弯曲模量分别下降9.79%和5.37%,但表面润湿性降低,防霉性能增强,防霉被害值由3.75降至2.25,防霉效力为40%。该研究结果可为防霉型竹(木)塑复合材料的研发和应用提供试验数据和理论参考。     

用于复合材料的小麦秸秆纤维性能及制备工艺

针对目前中国小麦秸秆利用率不高以及燃烧秸秆所带来的环境污染问题,该文研究了利用稀烧碱溶液处理小秸秆以制备用于复合材料的小麦秸秆纤维的性能及制备工艺,研究了氢氧化钠溶液质量分数、液固比、处理温度和处时间等工艺参数与小麦秸秆纤维失重率的关系,并对所制备的小麦秸秆纤维的强伸性能、表面性能进行了测试。结果明,小麦秸秆经稀烧碱溶液处理(氢氧化钠质量分数4%、液固比30mL/g、处理温度100℃、处理时间60min)后制的小麦秸秆纤维力学性能与原样相比没有明显损伤,但内、外表面结构均变得疏松,比表面积增大,滴水接触角变小从而提高了聚合物聚乳酸对秸秆纤维的浸润性能,提高了二者之间界面的粘结性。该研究结果为利用小麦秸秆制备秸纤维增强聚乳酸复合材料提供参考。     

不同模压成型条件下聚丙烯木塑复合材料性能

为利用农林废弃物和环境保护,以稻秸秆粉、稻壳粉、木粉、竹粉及稻秸秆与木粉的混合粉为填充材料,以PP膜为基体材料,采用层铺模压和混炼模压2种成型方法制备不同填料PP木塑复合材料,对木塑复合材料力学性能和吸湿吸水性能进行测试和分析,用体视显微镜对复合材料拉伸断面进行观察。结果表明,混炼模压成型木塑复合材料力学性能和抗吸湿吸水性能均优于层铺模压木塑复合材料,且混炼模压PP木塑复合材料填充材料与基体之间混合均匀,两相界面之间结合良好,层铺模压PP木塑复合材料有植物纤维粉和PP基体堆积现象。稻秸秆粉制备的PP木塑复合材料综合力学性能较好,竹粉PP木塑复合材料力学性能较差,模压前混炼对PP木塑复合材料吸湿、吸水性有较大的改善作用。该研究可为利用废旧塑料膜作基体制备木塑复合材料的研究与生产提供参考。     

麦秸石膏复合材料力学性能和抗火性能研究

为提高麦秸利用率,增强石膏板力学性能,改善现有木基石膏板的抗火性能,试验以粒径分别为0.30～0.60和0.18～0.30 mm的粗、细2种麦秸纤维为增强相,以建筑石膏为连续相,采用复合常温固化型结构胶粘剂代替添加石膏缓凝剂的传统方式,提出了麦秸石膏复合材料初步成型和加湿增强的两步法制备工艺,并与杉木纤维和杉木刨花石膏复合材料的力学性能和抗火性能进行对比。结果表明,细麦秸纤维石膏复合材料的物理力学性能优于粗麦秸纤维石膏复合材料,其内结合强度、静曲强度、弹性模量和吸水厚度膨胀率分别为0.33 MPa、7.1 MPa、2370 MPa和2.82%,满足《LY/T1598-2011石膏刨花板》标准的要求。由于麦秸本身具有较低的导热系数和较高的灰分含量,麦秸石膏复合材料具有较杉木石膏复合材料更优的抗火性能,其点燃时间较杉木纤维石膏复合材料高,无明显热释放速率峰值。与杉木纤维石膏材料和杉木刨花石膏材料相比,细麦秸纤维石膏复合材料的总热释放量分别低48.18%和35.87%,CO2生成速率主峰分别低42.25%和38.81%,CO生成速率主峰相近,残重率略高。试件残照表明麦秸石膏复合材料试件燃烧后外观形貌更完整,炭化程度减轻。通过扫描电镜发现,麦秸纤维的外表面较光滑,石膏主要吸附在麦秸的内表面,较小纤维单元有利于增加石膏与麦秸内表面的接触面积。因此,从微观上说明了细麦秸纤维石膏复合材料的力学性能较高的原因。麦秸秆光滑的外表面几乎充满SiO2,这也说明了麦秸石膏复合材料有较好抗火性能的原因。研究可为石膏基复合材料的功能提升和麦秸石膏复合材料产品的工程应用提供参考。     

基于剪切波变换和无人机麦田图像的区域杂草识别方法

区域杂草的识别有利于植保作业中的除草剂精准喷施。现有图像处理技术主要针对行间和株间杂草,而传统的图像采集与分析设备对苗期麦田杂草的识别存在一定局限性,难以满足非人工的区域性喷洒农药等作业需求。由于麦田区域中的麦苗和杂草具有形态和颜色区分度差的特点,传统的图像识别方法难以有效识别。针对此问题,该文提出利用剪切波变换对无人机麦田区域图像中杂草进行识别。该方法利用其自身的方向敏感性以及在纹理识别中的方向无关性,根据麦田区域图像在杂草较多的部分叶片纹理杂乱,反之则纹理相对规则的特点,处理得到不同尺度和不同方向下小麦与杂草的剪切波系数。然后针对小麦和杂草剪切波系数的不同特征,对剪切波系数矩阵进行归一化处理,同时对其均值和方差进行了统计分析,得到麦苗和杂草剪切波系数图中竖直锥第二尺度所有系数均值的区分值约为0.07,第二尺度各个方向的均方差均值的区分值约为0.08。通过对含杂草麦苗区域图像以及麦苗区域图像的验证,准确率为69.2%,效果优于传统的灰度共生矩阵方法。此外,该文对无人机拍摄区域图采用分块的方法,实现了对非麦苗区域的有效标识。由此可见,剪切波变换方法能够为基于低空植保无人机喷洒农药中的区域杂草识别提供参考。     

岩石的微观结构特征与其力学行为启示

岩石的微观结构特征往往能很好反映其宏观特性,深入研究其微观结构特征对宏观特性的把控及工程建设具有重要意义。通过对常见砂、泥岩微观结构特征进行的电镜扫描实验,从微观结构特征上充分解释了其软化特性、抗冲击特性及波的传播特性等宏观力学特性方面表现的异同,并据此建议工程施工爆破中针对硬岩应注意爆破药量和爆破方式对岩石强度的影响,软岩应特别注意水的影响。同时,认为地震中硬脆岩石的大规模破坏和破碎可能与其微观结构也存在一定联系并建议进行深入研究。     

小麦面条和面过程不同阶段面絮的划分与自动识别

和面是小麦面条加工过程中重要的一道工序,主要依据人工经验判断和面终点,缺少基于客观分析的自动化评价方法。为了实现和面过程的自动化,该研究依据小麦面条和面过程中面絮颗粒宏观状态,通过面絮状态图像的数据分析,并且从面条质构、水分状态及分布、蛋白质分子特性及微观结构揭示和面阶段划分的依据。结果表明,和面过程可以划分为初始面粉（阶段1）、润湿黏连（阶段2）、聚集成形（阶段3）、破裂分散（阶段4）和稳定平衡（阶段5）5个阶段,阶段5占和面总时间的50%左右;从阶段2到稳定平衡阶段初期（阶段5-1）,面片的硬度、弹性和咀嚼性逐渐增加并达到最大,在稳定平衡阶段中后期（阶段5-2、5-3）,面片硬度等指标数值下降;低场核磁共振与核磁共振成像分析结果表明,阶段2的水分自由度高,和面过程加速了水分在固、液、气三相之间的交换,并在阶段5达到稳定;所有和面阶段中氢键、离子键的强度明显低于疏水相互作用的强度,游离巯基含量在阶段5-2、5-3逐渐降低至稳定,二硫键含量在此阶段逐渐增多并保持稳定,蛋白质实现充分交联,决定了面条微观结构和宏观状态。构建基于深度学习的Transfer-ResNet50网络模型,实现和面阶段面絮图像的自动识别,模型识别准确率达98.5%,具有良好的可靠性,可以实现和面终点的自动判断。综上所述,面絮宏观颗粒状态可以作为和面过程划分的可靠依据,深度学习也为小麦面条和面过程自动控制提供新的思路。