汽车内饰用麻纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能研究

论文摘要

本论文针对汽车未来向节能、轻质化、安全化、可回收发展的需要和当前汽车内饰材料中存在的问题,采用可连续加工、生产批量大、可避免边角料浪费的注塑成型工艺制备了满足轻量化、环保、可回收要求的苎麻和剑麻两种增强聚丙烯复合材料的汽车内饰材料体系。本文深入研究了不同纤维长度、不同纤维含量、不同浓度NaOH溶液处理纤维对两种复合材料拉伸强度、弯曲强度、压缩强度、冲击韧性等力学性能的影响,并加入聚乙烯增韧剂对复合材料进行增韧处理。通过对拉伸应力-应变曲线、弯曲强度-挠度曲线、压缩强度-挠度曲线、冲击韧性曲线和复合材料断面的微观结构分析,探讨了麻纤维对复合材料力学性能的作用机理。对苎麻纤维增强聚丙烯复合材料体系的研究表明:各种强度指标随着纤维长度的增长呈上升趋势,而冲击韧性和伸长率则呈下降趋势,当苎麻纤维的长度在10mm左右时,各种强度指标达到最优;各种强度指标随着纤维质量分数（含量）的加大而呈上升趋势,而冲击韧性和伸长率呈下降趋势,当苎麻纤维的质量分数（含量）达到20%左右时,各种强度指标达到最优;将苎麻纤维分别用不同浓度的氢氧化钠溶液进行处理,来改善纤维表面与聚丙烯基体的结合能力,当溶液浓度为15%左右时,复合材料力学性能最佳;在纤维含量为20%的苎麻纤维增强聚丙烯中,加入不同含量的聚乙烯,均可大大增加复合材料的韧性。试验测得苎麻纤维增强聚丙烯复合材料的拉伸强度最高达到38.1MPa,弯曲强度最高达到51.2MPa,压缩强度最高达到53.6MPa,冲击韧性最高达到3.66 KJ/m2,比普通的汽车用聚丙烯拉伸强度提高50%以上,弯曲强度提高28%以上。对剑麻纤维增强聚丙烯复合材料体系的研究表明:各种强度指标随着纤维的增长而呈上升趋势,而冲击韧性和伸长率则呈下降趋势,当剑麻纤维的长度在8mm左右时,各种强度指标达到最优;各种强度指标随着纤维质量分数（含量）的加大而呈上升趋势,而冲击韧性和伸长率呈下降趋势,当剑麻纤维的质量分数（含量）达到20%左右时,各种强度指标达到最优;将剑麻纤维分别用不同浓度的氢氧化钠溶液进行处理,来改善纤维表面与聚丙烯基体的结合能力,当溶液浓度为15%左右时,复合材料力学性能最佳。试验测得剑麻纤维增强聚丙烯复合材料的拉伸强度最高达到34MPa,弯曲强度最高达到49.9MPa,压缩强度最高达到49.2MPa,冲击韧性最高达到3.8KJ/m2,比普通的汽车用聚丙烯拉伸强度提高36%以上,弯曲强度提高24%以上。本论文所研制的两种复合材料的力学性能,不仅达到并满足了现有内饰材料的使用要求,而且比现有汽车内饰材料指标体系中的强度还要高,并有望替代玻璃纤维、芳纶等密度大、不可降解和回收、易造成环境污染的化学纤维并应用于汽车内饰。另一方面,本论文寻求的麻纤维和聚丙烯的最佳配比,可为今后这种绿色环保材料的大规模生产应用提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 汽车工业的发展现状
• 1.2 麻纤维复合材料在汽车制造中的应用现状
• 1.3 麻纤维增强聚丙烯的开发与应用前景
• 1.4 苎麻、剑麻纤维增强聚丙烯力学性能的研究现状和研究意义
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 1.6 本论文的创新点
• 第2章 试验原料、工艺与方法
• 2.1 试验原料及其性能分析
• 2.1.1 苎麻、剑麻纤维及其改性处理
• 2.1.2 聚丙烯
• 2.1.3 聚乙烯
• 2.2 试验测试分析
• 2.2.1 力学性能测试分析
• 2.2.2 微观结构分析
• 2.3 试验过程与原理
• 2.3.1 试验设备
• 2.3.2 试验步骤与流程
• 2.3.3 试验原理分析
• 2.3.4 试样的制备
• 2.4 本章小结
• 第3章 苎麻纤维增强聚丙烯的力学性能研究
• 3.1 汽车内外饰所用材料的力学性能要求
• 3.2 不同长度苎麻纤维增强聚丙烯的力学性能研究
• 3.2.1 不同纤维长度对复合材料强度的影响
• 3.2.2 不同纤维长度对复合材料冲击韧性的影响
• 3.2.3 不同纤维长度对复合材料断裂伸长率的影响
• 3.3 不同含量的苎麻纤维增强聚丙烯的力学性能研究
• 3.3.1 不同纤维含量对复合材料强度的影响
• 3.3.2 不同纤维含量对复合材料冲击韧性的影响
• 3.3.3 不同纤维含量对复合材料断裂伸长率的影响
• 3.4 不同处理方法的苎麻纤维增强聚丙烯的力学性能研究
• 3.4.1 不同处理方法对复合材料强度的影响
• 3.4.2 不同处理方法对复合材料冲击韧性的影响
• 3.4.3 不同处理方法对复合材料断裂伸长率的影响
• 3.5 添加聚乙烯（PE）的苎麻纤维增强聚丙烯的力学性能研究
• 3.5.1 聚合物增韧理论
• 3.5.2 添加聚乙烯对复合材料强度的影响
• 3.5.3 添加聚乙烯对复合材料冲击韧性的影响
• 3.5.4 添加聚乙烯对复合材料断裂伸长率的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 剑麻纤维增强聚丙烯的力学性能研究
• 4.1 不同长度剑麻纤维增强聚丙烯的力学性能研究
• 4.1.1 不同纤维长度对复合材料强度的影响
• 4.1.2 不同纤维长度对复合材料冲击韧性的影响
• 4.1.3 不同纤维长度对复合材料断裂伸长率的影响
• 4.2 不同含量的剑麻纤维增强聚丙烯的力学性能研究
• 4.2.1 不同纤维含量对复合材料强度的影响
• 4.2.2 不同纤维含量对复合材料冲击韧性的影响
• 4.2.3 不同纤维含量对复合材料断裂伸长率的影响
• 4.3 不同处理方法的剑麻纤维增强聚丙烯的力学性能研究
• 4.3.1 不同处理方法对复合材料强度的影响
• 4.3.2 不同处理方法对复合材料冲击韧性的影响
• 4.3.3 不同处理方法对复合材料断裂伸长率的影响
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录A （攻读硕士学位期间所发论文目录）
• 附录B （攻读硕士学位期间所参加的国际会议）
• 致谢