玻璃纤维（GF）的酸刻蚀处理对等规聚丙烯（iPP）基复合材料界面结晶的影响

论文摘要

对于纤维增强半晶聚合物复合体系,其力学性能不仅仅与纤维和聚合物基体本身所具有的性能密切相关,同时界面形态也是一个重要影响因素。一直以来,关于复合材料的界面形态始终是研究重点。然而,在玻璃纤维（GF）/等规聚丙烯（iPP）复合体系中,由于GF与iPP较差的相容性,直接影响复合材料的界面形态和力学性能。目前,GF/iPP复合材料界面强度的强化主要通过GF的表面处理、基体改性,还有改进加工工艺来实现的。本文首次对GF进行酸刻蚀处理,然后分别将其静态和动态（注塑）引入到iPP基体中。通过偏光显微镜（POM）、差示扫描量热仪（DSC）、二维广角X射线衍射（2D-WAXD）等仪器,研究了静态下刻蚀处理对复合材料界面结晶形态和不同结晶温度下的等温结晶过程,以及复合材料在注塑条件下的界面结晶形态的影响。本论文的主要工作：（1）通过将刻蚀不同时间的GF静态引入到iPP中在偏光下观察发现,刻蚀4h的GF（4-GF）对iPP基体具有明显的异相诱导成核能力。在其结晶初期,GF的表面诱导iPP生成许多既不同于一般异相诱导的点状核又不同于剪切诱导的α排核,即环状晶核,并在这些晶核的基础之上,最终生长成β横晶。（2） GF/iPP复合材料界面的p横晶熔融后,残留在纤维表面的晶核,及4-GF/iPP复合体系在142℃进行等温结晶过程,证明了4-GF异相诱导iPP成核具有二元性,即既诱导α晶核又诱导β晶核。对于横晶产生机理本文初步认为与纤维表面的刻蚀相关,更详细机理我们正在研究中。（3） 4-GF/iPP复合体系在不同等温结晶温度下的结晶过程显示,在不同等温结晶过程中,横晶厚度及基体中球晶半径都随结晶温度的增大而增大,同时两者生长速率不变,且横晶生长速率略大。此外,由GF诱导晶核的不均匀性可知,GF表面的刻蚀是不均匀的。（4）通过采用DSC和2D-WAXD对纯iPP和GF/iPP复合材料注塑试样各层的结晶形态的研究发现,4-GF在注塑条件下仍具有诱导β晶的能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图和附表清单
• 1 绪论
• 1.1 复合材料概述
• 1.2 热塑性树脂基复合材料
• 1.3 玻璃纤维（GF）/聚丙烯（iPP）复合材料
• 1.3.1 GF简介
• 1.3.2 iPP及其在复合材料中的作用
• 1.3.3 GF/iPP复合材料的发展
• 1.4 GF/iPP复合材料界面
• 1.4.1 GF/iPP复合材料界面理论
• 1.4.2 GF/iPP复合材料界面改性的方法
• 1.4.3 GF/iPP复合材料界面结晶形态
• 1.5 本文的研究内容
• 2 酸刻蚀的GF增强iPP复合材料等温条件下的界面结晶
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原材料及仪器
• 2.2.2 试样制备
• 2.2.3 偏光显微镜（POM）观察
• 2.2.4 扫描电子显微镜（SEM）测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 酸刻蚀时间对GF/iPP复合材料的界面结晶的影响
• 2.3.2 刻蚀4h的GF对iPP基体异相诱导成核的二元性
• 2.3.3 GF/iPP复合材料在不同等温结晶温度下的结晶过程
• 2.4 小结
• 3 GF/iPP复合材料注塑条件下结晶形态的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原材料及仪器
• 3.2.2 样条的制备
• 3.2.3 差示扫描量热（DSC）测试
• 3.2.4 二维广角X射线衍射（2D-WAXD）
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 差示扫描量热（DSC）与二维广角X射线衍射（2D-WAXD）结果
• 3.3.2 纯iPP和GF/iPP复合材料注塑样的结晶层次结构
• 3.4 小结
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历 攻读硕士学位期间发表的学术论文