赵贞琪 2024年 指导教师：张效林

高密度聚乙烯(HDPE)是一种由乙烯单体聚合而成的聚合物，具有优异的机械性能和化学稳定性，广泛应用于包装、化工、农业及制造业等领域。废纸纤维(WF)、麻纤维(RF)、木粉(WP)、竹纤维(BP)结构相似，具有优异的增强性能和较低成本，且具有良好的可再生性。回收HDPE可以减少对原生材料的需求，节约石油等资源，将废弃植物纤维用于增强回收高密度聚乙烯(rHDPE)，可以减少垃圾的填埋与焚烧，降低对空气质量和环境造成的污染，有效促进可持续发展和环境保护。

本文分别对WF、RF、BP、WP四种天然纤维进行傅里叶红外光谱测试，结晶度分析，微观形貌及纤维粒径分析。将WF、RF、BP、WP与rHDPE通过熔融混炼、注塑成型工艺制备废纸纤维/回收高密度聚乙烯复合材料(WF/rHDPE)、麻纤维/回收高密度聚乙烯复合材料(RF/rHDPE)、竹纤维/回收高密度聚乙烯复合材料(BP/rHDPE)、木粉/回收高密度聚乙烯复合材料(WP/rHDPE)，并对其力学性能、吸水性能、微观形貌、熔融和结晶性能对比分析。而后使用不同种类改性剂对四类纤维进行改性处理，对改性后复合材料性能进行系统对比分析。实验结论如下：

(1)WP、BP纤维均长集中于0.2-0.4区间内，WF均长集中于0.6-0.8，其中，WF与RF的扭结角与扭结指数远高于WP和BP，且RF的结晶度指数最高，为56.86%。

(2)添加不同种类植物纤维后，WF/rHDPE、RF/rHDPE、BP/rHDPE、WP/rHDPE复合材料的力学性能均显著改善，其中，WP/rHDPE与WF/rHDPE的弯曲强度分别提升42.7%与36.2%，WF/rHDPE复合材料的拉伸强度为24.5MPa，提升了18.4%。添加四种纤维后，复合材料的吸水率相较于rHDPE均有明显升高，结晶度、结晶温度均有不同程度的降低。

(3)经过NaOH预处理、多巴胺协同KH570改性后，复合材料的力学性能均有不同程度的提升，其中，BP/rHDPE拉伸强度和弯曲强度分别提升32.6%和32%，WP/rHDPE弯曲模量提升56.1%，WF/rHDPE 24h吸水率最低，为0.09%。经过NaOH预处理、SiO2纳米粒子协同KH570改性后，四种复合材料的吸水率均显著降低，WF/rHDPE拉伸强度最高，为26.7MPa,其中BP/rHDPE拉伸强度提升24.1%。且改性后复合材料结晶度均有明显提升，WF/rHDPE和BP/rHDPE分别提升9.12%和12.8%。

图1 经过NaOH-Si/K改性前后的WF/rHDPE、WP/rHDPE、RF/rHDPE、BP/rHDPE复合材料微观形貌表征，其中(a)(b)(c)(d)改性后RF/rHDPE、BP/rHDPE、WF/rHDPE、WP/rHDPE，图(e)(f)(g)(h)是(a)(b)(c)(d)的局部放大图，(i)(j)(k)(l)改性后的RF/rHDPE、BP/rHDPE、WF/rHDPE、WP/rHDPE，图(m)(n)(o)(p)是(i)(j)(k)(l)的局部放大图

图2 经过NaOH-Si/K处理前后的WF/rHDPE、WP/rHDPE、RF/rHDPE、BP/rHDPE复合材料的力学性能对比图；(a)拉伸强度，(b)弯曲强度