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苎麻纤维表面改性及其车用复合材料的研究

2020-12-11阅读(335)

苎麻纤维表面改性及其车用复合材料的研究

论文摘要

为了缓解资源和环境压力,可回收再利用和环境友好材料在汽车工业中的应用已成为汽车新材料研发的热点和重点。本论文选用可回收再利用的热塑性聚丙烯合金作为基体,可生物降解的天然苎麻纤维作为增强体,制备了性能优异、环境友好的车用生态复合材料。本文提出并探讨了测定苎麻纤维表面羟值的新方法—异氰酸酯基反滴定法,然后采用环氧硅油对苎麻纤维进行了表面改性,最后采用挤出-注塑复合成型的技术制备了改性苎麻/聚丙烯合金复合材料。通过FTIR、XRD、SEM、TG、接触角测试、力学性能测试等表征手段,研究了改性处理对苎麻表面性能及微观结构的影响,以及对苎麻/聚丙烯合金复合材料的界面相容性、力学性能、耐热性能的影响。研究结果表明：利用异氰酸酯基反滴定法测定的苎麻纤维的表面羟值为150mgKOH/g,结果表明苎麻纤维表面具有反应活性的羟基数量较少；在氩气保护下,于160℃反应釜中反应3小时,环氧硅油分子被成功接枝到苎麻纤维表面;XRD图谱显示环氧硅油改性苎麻纤维的结晶度少量降低；接触角测试表明改性苎麻纤维的极性明显降低,从而使得改性苎麻与聚丙烯（PP）合金的界面相容性得到改善,进而提高了复合材料的综合性能。环氧硅油改性显著提高了苎麻/PP合金复合材料的冲击强度,但对复合材料的拉伸强度和弯曲强度影响较小,当纤维含量为30wt%时,冲击强度提高了17.0%。另外,随着复合材料中纤维含量的增加,苎麻/PP合金复合材料的拉伸强度和弯曲强度都增大,而冲击强度则减小,当纤维含量为30wt%时,较纯PP合金,改性苎麻/PP合金复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别提高了37.0%和69.5%。此外,TG分析表明,改性苎麻/PP合金复合材料的耐热性能也得到提高。本论文的研究可望为汽车工业提供一种新型的汽车内饰材料,为汽车工业的可持续发展提供技术支撑。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 天然麻纤维的改性研究进展
  • 1.2.1 物理方法改性天然麻纤维
  • 1.2.2 化学方法改性天然麻纤维
  • 1.3 天然麻纤维增强聚合物基复合材料的研究进展
  • 1.3.1 复合材料的设计原则
  • 1.3.2 纤维增强复合材料的理论
  • 1.3.3 纤维/聚合物复合材料的制备工艺
  • 1.4 天然麻纤维复合材料在汽车中的应用现状
  • 1.5 本课题的研究背景及意义
  • 1.6 本论文研究的主要内容
  • 1.7 本论文的主要创新点
  • 第2章 异氰酸酯基反滴定法测定苎麻纤维羟值的研究
  • 2.1 现有的羟值测定方法
  • 2.1.1 酸酐-丙酮法
  • 2.1.2 均苯四酸二酐-四氢呋喃法
  • 2.1.3 咪唑-邻苯二甲酸酐法
  • 2.2 实验部分
  • 2.2.1 试验材料
  • 2.2.2 实验仪器与设备
  • 2.2.3 异氰酸酯基反滴定法测定苎麻纤维表面羟值的过程
  • 2.2.4 酸酐-丙酮法测定苎麻纤维表面羟值的过程
  • 2.3 结果分析与讨论
  • 2.3.1 异氰酸酯基反滴定法测定苎麻纤维羟值的分析
  • 2.3.2 酸酐-丙酮法测定苎麻纤维羟值的分析
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 环氧硅油改性苎麻纤维的研究
  • 3.1 环氧硅油的特性
  • 3.2 实验部分
  • 3.2.1 试验材料
  • 3.2.2 实验仪器与设备
  • 3.2.3 环氧硅油改性苎麻纤维的工艺流程
  • 3.3 苎麻纤维的测试表征
  • 3.3.1 SEM观察
  • 3.3.2 XRD测试
  • 3.3.3 FTIR测试
  • 3.3.4 接触角测试
  • 3.3.5 吸水率测试
  • 3.3.6 TG测试
  • 3.4 结果分析与讨论
  • 3.4.1 改性苎麻纤维的FTIR分析
  • 3.4.2 改性苎麻纤维的XRD分析
  • 3.4.3 改性苎麻纤维的SEM分析
  • 3.4.4 改性苎麻纤维的亲水性能研究
  • 3.4.5 改性苎麻纤维的耐热性能研究
  • 3.4.6 环氧硅油改性苎麻纤维的机理探究
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 环氧硅油改性苎麻/聚丙烯合金复合材料的制备与研究
  • 4.1 实验部分
  • 4.1.1 试验材料
  • 4.1.2 实验仪器与设备
  • 4.1.3 苎麻/聚丙烯合金复合材料的制备过程
  • 4.2 苎麻/聚丙烯合金复合材料的测试表征
  • 4.2.1 SEM观察
  • 4.2.2 TG测试
  • 4.2.3 材料重量测试
  • 4.2.4 熔体流动速率测试
  • 4.2.5 缺口冲击强度测试
  • 4.2.6 拉伸强度及断裂伸长率测试
  • 4.2.7 弯曲强度测试
  • 4.3 结果分析与讨论
  • 4.3.1 改性苎麻/聚丙烯合金复合材料的制备工艺研究
  • 4.3.2 改性苎麻/聚丙烯合金复合材料的SEM分析
  • 4.3.3 改性苎麻/聚丙烯合金复合材料的力学性能研究
  • 4.3.4 改性苎麻/聚丙烯合金复合材料的流变性能研究
  • 4.3.5 改性苎麻/聚丙烯合金复合材料的耐热性能研究
  • 4.3.6 改性苎麻/聚丙烯合金复合材料的重量分析
  • 4.3.7 改性苎麻纤维对聚丙烯合金的增强机理探究
  • 4.4 本章小结
  • 结论与展望
  • 参考文献
  • 附录 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录
  • 致谢

    • 相关论文文献

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