竹纤维增强聚丙烯复合材料制备及力学、老化性能研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:knight282
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由于竹纤维表面与聚丙烯树脂存在较大极性差,这导致了竹纤维增强聚丙烯复合材料的弱界面性能和湿热敏感性。随着汽车工业对材料环境适应性研究的注重,针对汽车的使用环境,研究竹纤维增强聚丙烯复合材料的湿热老化性能具有非常重要的意义。  课题采用非织造工艺和热压工艺制备了竹纤维增强聚丙烯复合材料,分别研究了竹纤维含量、制作结构和改性处理对复合材料力学性能、吸湿性能的影响;并通过层间混杂结构和竹纤维表面性能对复合材料性能作用机理的研究,探索了两种优化方式对复合材料湿热稳定性的影响。  复合材料力学性能研究表明,当竹纤维/PP质量比为60/40时,复合材料具有最优力学性能,其弯曲强度和模量分别为51.64MPa和3.97GPa,拉伸强度和模量分别为38.72MPa和4.36GPa。层间混杂结构、碱处理和偶联剂处理分别通过提高竹纤维和聚丙烯树脂分散性、竹纤维表面能,以及降低竹纤维表面极性,改善了复合材料内部缺陷和界面性能,从而提高了材料的力学性能。其中,3%偶联剂处理复合材料性能最优,其弯曲强度和模量分别为为73.99MPa和6.07GPa,拉伸强度和模量分别为56.57MPa和6.17GPa,相比处理前,复合材料的各项性能分别提高了43.28%、52.90%、46.09%和41.70%。  吸湿性能研究表明,复合材料的吸湿规律符合Fick吸湿定律,其水分表观扩散系数数量级为10-7cm2/s,当竹纤维/PP质量比为60/40时,复合材料具有相对较好的耐湿性,其平衡吸湿量为5.05%,水分表观扩散系数为3.06×10-7cm2/s。根据竹纤维/PP吸湿机理,复合材料主要通过内部缺陷和竹纤维的亲水性进行吸湿,且竹纤维表面性能是影响复合材料吸湿性能和耐湿性能的主要因素。  湿热老化性能研究表明,改善界面性能和竹纤维表面性能是提高复合材料湿热稳定性的有效措施。层间混杂结构和改性处理复合材料的力学性能及其湿热稳定性均有一定程度提高,主要体现在弯曲和剪切性能方面,拉伸性能的湿热稳定性则略有降低。
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