超微竹炭增強(qiáng)聚丙烯基復(fù)合材料性能研究.pdf

1、為提高聚丙烯基復(fù)合材料的性能，利用毛竹及其加工剩余物制備的超微竹炭(UFBC)作為增強(qiáng)材料引入聚丙烯(PP)基體，制備復(fù)合材料。探索了不同成型工藝、不同超微竹炭添加量及超微竹炭粒徑對(duì)PP/UFBC復(fù)合材料力學(xué)性能、耐濕性能及熱特性等性能的影響;通過(guò)表征聚丙烯與超微竹炭二元體系結(jié)構(gòu)，揭示其界面結(jié)合與強(qiáng)化機(jī)理;同時(shí)探討了竹顆粒(BP)、超微竹炭與聚丙烯三元復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能，明確三元復(fù)合材料中三元質(zhì)量配比對(duì)材料性能的影響，表征三元體

2、系結(jié)構(gòu)，探明了超微竹炭與竹顆粒對(duì)聚丙烯基復(fù)合材料的協(xié)同增強(qiáng)效果。
　　(1)采用超微竹炭增強(qiáng)聚丙烯基復(fù)合材料，對(duì)比研究不同成型工藝與超微竹炭添加量對(duì)PP/UFBC復(fù)合材料性能的影響。采用混煉擠出與注塑成型制備復(fù)合材料，在超微竹炭添加量為30％時(shí)材料的拉伸強(qiáng)度達(dá)到較大值26 MPa;在超微竹炭添加量為40％時(shí)材料的拉伸模量達(dá)到較大值450 MPa。熔融混煉與熱壓成型法制備PP/UFBC復(fù)合材料，超微竹炭添加量為40％-50％時(shí)，材料

3、拉伸強(qiáng)度較優(yōu)。在超微竹炭添加量為30％時(shí)材料的拉伸模量達(dá)到較大值370MPa。注塑成型工藝制備的材料拉伸性能與耐濕性能較熱壓成型工藝制備的材料更優(yōu)，在超微竹炭添加量為20％時(shí)，注塑成型復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度較熱壓成型材料提高了5 MPa;注塑成型較適于超微竹炭含量較低復(fù)合材料的制備，熱壓成型較適于超微竹炭含量較高的復(fù)合材料制備。兩種不同成型工藝制備復(fù)合材料時(shí)，超微竹炭的添加對(duì)材料耐濕性能的影響不明顯;超微竹炭能較好地提升材料的結(jié)晶溫度和熔融

4、溫度，改善了材料的加工性和耐熱性，但不同工藝對(duì)材料熱特性的影響并不明顯。
　　(2)采用混煉擠出與注塑成型工藝制備了兩種粒度超微竹炭與聚丙烯復(fù)合材料，兩種不同粒度超微竹炭對(duì)聚丙烯基復(fù)合材料的拉伸性能均有較好的增強(qiáng)作用。在粒度1超微竹炭含量為30％時(shí)材料的結(jié)晶溫度達(dá)到較大值120.5℃，較聚丙烯提高了10.4℃。隨著粒度2超微竹炭添加量的增大，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度與拉伸模量不斷增大，斷裂伸長(zhǎng)率不斷減小，超微竹炭添加量為40％時(shí)，復(fù)合材

5、料的拉伸強(qiáng)度達(dá)到了33 MPa，拉伸模量達(dá)到了500 MPa;對(duì)比兩種粒度超微竹炭對(duì)聚丙烯基復(fù)合材料性能的影響，粒度2超微竹炭對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能、耐濕性能、熱特性的增強(qiáng)作用均要優(yōu)于粒度1超微竹炭，較細(xì)粒度的超微竹炭對(duì)復(fù)合材料的增強(qiáng)效果較優(yōu)。PP/UFBC復(fù)合材料的吸濕率均小于0.1％，材料的耐濕性能較優(yōu)，超微竹炭的加入對(duì)復(fù)合材料耐濕性能的影響不明顯。超微竹炭的添加對(duì)材料的結(jié)晶溫度和熔融溫度均有較大的提升作用;微觀形態(tài)分析表明，超微竹炭在

6、基體中分散均勻，兩者界面結(jié)合良好。
　　(3)同時(shí)引入竹顆粒、超微竹炭作為增強(qiáng)體與聚丙烯基體制備了三元復(fù)合材料。超微竹炭與竹顆粒通過(guò)促進(jìn)分散性與形成穩(wěn)定的三元晶核結(jié)構(gòu)對(duì)三元復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱特性等有較優(yōu)的協(xié)同增強(qiáng)作用，達(dá)到了較好的增強(qiáng)效果。在PP/BP/UFBC質(zhì)量配比為70/25/5時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度達(dá)到較大值30 MPa，較純聚丙烯材料提高了30％;在PP/BP/UFBC質(zhì)量配比為70/20/10時(shí)，三元復(fù)合材料的拉伸

7、模量達(dá)到較大值為460 MPa;密度達(dá)到較小值0.96 g/cm3;耐濕性能達(dá)到較優(yōu)值，吸濕率較小為0.05％;熔融溫度也達(dá)到較大值166.6℃，較純聚丙烯材料提高了5.9℃。PP/BP/UFBC三元復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱特性等較純聚丙烯與二元復(fù)合材料均有所提升。PP/BP/UFBC質(zhì)量配比為70/20/10時(shí)，三元復(fù)合材料的拉伸模量較PP/BP(70/30)、PP/UFBC(70/30)二元復(fù)合材料和聚丙烯分別提高了35％、24％和1