植物纖維-聚丙烯復合材料的制備與表征.pdf

1、聚丙烯(PP)是價格相對較低的通用塑料之一，可成型性和安全性好，但其收縮率較大，低溫時易脆斷，對其進行增強增韌高等性能化處理，加快其工程化應用是目前研究人員和工業(yè)界關(guān)注的重點。植物纖維以其低密度、高模量、高強度和可再生及易降解等優(yōu)點，做為增強相用于制備聚丙烯基復合材料可以降低原料成本，減輕制品重量，相比于傳統(tǒng)玻纖類聚合物復合材料，還能減小成型過程中對機器的過度磨損，避免加工和使用時對人體造成的過敏反應等危害。該課題選用聚丙烯為基體，采用

2、性能均一性和穩(wěn)定性較好的硫酸鹽漿植物纖維做增強相，制備植物纖維/PP復合材料并進行了性能和結(jié)構(gòu)表征。本文圍繞植物纖維/PP復合材料開展了以下主要研究內(nèi)容：
　　 (1)制備了四種典型硫酸鹽漿植物纖維即亞麻、棉、松木(針葉)和楊木(闊葉)纖維/PP復合材料注塑試樣，表征了纖維的形態(tài)分布特征并分析了其對復合材料力學性能的影響，發(fā)現(xiàn)纖維長度和長寬比分布是決定復合材料沖擊強度的主要因素，由于楊木闊葉纖維的平均長度和長寬比均較低，該組分復

3、合材料的沖擊強度較純PP降低很多。注塑成型所制備植物纖維/PP復合材料的絕對吸水率均較低。注塑加工溫度條件對植物纖維/PP復合材料力學性能影響較大，當成型溫度高于200℃時，復合材料各項力學性能指標趨于降低；
　　 (2)通過用硅烷偶聯(lián)劑對亞麻纖維進行表面處理，加入馬來酸酐接枝聚丙烯(MAPP)做相容劑，分別制備出不同含量亞麻纖維/PP復合材料。力學性能測試結(jié)果表明，上述界面處理方法在不同程度上提高了材料的拉伸、彎曲和缺口沖擊強

4、度及彎曲模量，低溫缺口沖擊性能有明顯改善，其中用硅烷偶聯(lián)劑處理亞麻纖維和加入MAPP做增容劑協(xié)同作用時，復合材料的綜合力學性能最優(yōu)。紅外測試結(jié)果表明，硅烷處理可以降低纖維表面的羥基含量，減小纖維和基體之間的極性差異，復合材料斷面的電子顯微鏡照片顯示，加入MAPP后斷面處基體與纖維有明顯浸潤現(xiàn)象，從而提高了兩相界面結(jié)合強度；
　　 (3)分別表征了靜態(tài)和加工條件下亞麻纖維對PP結(jié)晶行為的影響，發(fā)現(xiàn)靜態(tài)條件下亞麻纖維可以起到異相成核

5、劑的作用，能誘導PP在其周圍生成橫晶，改變了PP的結(jié)晶形態(tài)。纖維的介入還明顯提高了PP的成核速率、初始結(jié)晶溫度和結(jié)晶速度，改變了PP的結(jié)晶動力學過程，隨亞麻纖維含量增加，PP的結(jié)晶度提高；注塑成型試樣皮層的片晶層取向隨纖維含量提高而增加，自皮層向芯層過渡時，該取向程度逐漸減弱，WAXD實驗結(jié)果證實，隨著纖維含量增加，復合材料的結(jié)晶度提高，皮層β晶相對含量逐漸增加，在30％亞麻纖維/PP皮層中β晶相對含量高達29.85％，在成型條件下可能