黄麻纤维增强聚丙烯基复合材料的制备与力学性能的研究

论文摘要

天然纤维复合材料的开发可以带动和促进相关行业的发展,并且有利于环境保护和资源再利用。在天然纤维复合材料中,尤以麻纤维复合材料具有良好的发展前景。本课题研究黄麻纤维增强聚丙烯基体复合材料的制备及其力学性能。具体内容包括:黄麻纤维表面改性、复合材料制备、复合材料力学性能测试及分析、及湿效应五个方面。（1）黄麻纤维表面改性通过NaOH溶液、硅烷偶联剂KH550、乙酸酐等对黄麻纤维进行表面处理,并通过测试纤维的回潮率、细度、断裂强度、红外特征光潜及SEM图像等手段分析改性效果,得出三种表面改性手段中各自最优的改性方法。结果表明:（a）NaOH处理中最佳方案为:浓度5wt%,处理时间60min;（b）KH550处理中最佳方案为:碱预处理5wt%,60min,3wt%KH550,处理30min;（c）乙酰化处理中最佳方案为:碱预处理5wt%,60min,乙酸酐浸泡120min,浴比为30:1。（2）黄麻/聚丙烯复合材料的制备复合材料中的黄麻纤维分别采用沤麻纤维和经3组最佳表面改性方案处理的黄麻纤维,基体分别采用聚丙烯基体和聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯共混物。复合材料的制备方法分:（a）层压复合:四组黄麻纤维先制备成纤维毡,分别与纯PP薄膜和PP/MAH-g-PP薄膜层压制备复合材料,制备成8组复合材料待测试;（b）共混复合:四组黄麻纤维剪碎至约2mm长,与纯PP粒料和PP/MAH-g-PP共混粒料经双螺杆挤出机共混造粒后热压制备成8组复合材料。两种制备方法中复合材料热压成型的最佳工艺参数:预热-180℃,10min;热压-12.5MPa,180℃,20min;冷却-4MPa,30min。（3）复合材料力学性能测试及分析将制备的16组复合材料,分别做拉伸、弯曲测试并观察弯曲断面的SEM图像,讨论纤维表面改性、基体改性、加工方法等因素对复合材料复合材料力学性能的影响。结果表明,经KH550处理的黄麻纤维与聚丙烯树脂制备的复合材料表现出较好的拉伸、弯曲性能,并且表现出较好的界面粘结性。聚丙烯基体经马来酸酐接枝聚丙烯改性后,复合材料的拉伸性能有所改善;而弯曲性能没有明显的提高。分别采用层压和共混热压的复合材料成型方法制备复合材料,由于成型方式的不同,复合材料的结构有很大的差异,其增强机理也不相同,尽管纤维的表面处理方式相同,纤维含量相同,两者的力学性能并不具备很大的可比性。（4）湿效应对复合材料性能的影响将复合材料浸泡在水中,测其随浸泡240小时和480小时后,重量、拉伸和弯曲性能的变化,讨论湿效应对复合材料性能的影响。测试结果表明,经清水浸泡240小时和480小时后,复合材料的性能并无明显变化,研究湿效应可能要改变溶液和更长的实验周期。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 麻纤维增强复合材料的研究现状
• 1.3 天然纤维增强复合材料改性及研究现状
• 1.4 复合材料湿效应的研究
• 1.5 课题的研究意义
• 1.6 课题的研究目标和内容
• 第二章 黄麻纤维结构和性能表征
• 2.1 黄麻纤维化学成分分析
• 2.2 黄麻纤维结构分析
• 2.3 黄麻纤维物理、力学性能测试
• 2.4 本章小结
• 第三章 黄麻纤维的表面改性实验研究
• 3.1 碱处理对黄麻纤维的作用
• 3.2 硅烷偶联剂改性处理
• 3.3 乙酰化黄麻纤维表面
• 3.4 本章小结
• 第四章 黄麻纤维/聚丙烯基复合材料的制备
• 4.1 实验用聚丙烯基体材料结构及热学性能测试
• 4.2 层压黄麻聚丙烯基复合材料的制备
• 4.3 共混复合材料的制备
• 4.4 本章小结
• 第五章 复合材料的性能测试及分析
• 5.1 复合材料力学性能测试
• 5.2 复合材料力学性能分析
• 5.3 复合材料弯曲断面形貌观察
• 5.4 本章小结
• 第六章 湿效应对黄麻纤维增强聚丙烯复合材料力学性能的影响
• 6.1 实验部分
• 6.2 湿作用后复合材料性能的表征
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢