棉秆皮纤维/聚乳酸复合汽车内饰板的性能研究

论文摘要

现代社会,汽车内饰材料的发展日新月异。由于传统汽车内饰板质量大且强度不高,一些新型的质轻、低成本、绿色材料应运而生。复合材料轻质高强,是汽车轻量化技术推进过程中的主流材料,已越来越受到人们的亲睐。本文将废弃的棉秆皮回收加以利用,使其脱胶形成棉秆皮纤维后,与聚乳酸颗粒进行混合。根据复合板材的用途,赋予其阻燃和耐热功能,经热压制备棉秆皮纤维／聚乳酸复合汽车内饰板。首先,本课题选用聚磷酸铵(APP)/季戊四醇(PER)膨胀型阻燃体系来改善材料的阻燃性能。利用APP作酸源,PER作碳源与棉秆皮纤维/聚乳酸材料形成膨胀阻燃体系,使其燃烧的过程中,降低氧气浓度,并且形成保护层,从而阻止燃烧。与此同时,实验中还添加了交联剂三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)来改善材料的耐热性能。TAIC的加入可以用来提高PLA的结晶性能,并在高温条件下产生交联结构,进而增强其耐热性能。然后,根据棉秆皮纤维长度、纤维质量分数、热压温度、阻燃剂添加量以及TAIC添加量五个因素,设计了L16(45)正交实验。实验完成后,对板材分别进行了力学性能(拉伸性能、弯曲性能、冲击性能)、阻燃性能、耐热性能测试,并对耐热性能进行了响应面分析。实验结果表明,纤维质量分数、阻燃剂添加量以及TAIC添加量对材料各项性能影响较大。同时,得出棉秆皮纤维/聚乳酸复合汽车内饰板的最优工艺为：纤维长度10mm,纤维质量分数26.7%,热压温度175℃,阻燃剂添加量8%,TAIC添加量2.1%。利用最优工艺制得的板材拉伸强度45.381MPa,弯曲强度58.572MPa,冲击强度10.95J/CM2,LOI值28.37,热变形温度162.14℃。最后,对板材的雾化性能着重进行了检测,在最优工艺条件下,板材的雾化值为1.28mg(<2mg),满足汽车内饰材料雾化性能的要求,可以将其应用在汽车内饰板材中。本课题不仅对废弃物—棉秆皮进行了重新利用,将其变废为宝,还制备了轻质、环保、可生物降解的新型复合汽车内饰板材。棉秆皮纤维／聚乳酸复合汽车内饰板降低了生产成本,符合“可持续发展”的要求,极具社会价值和经济价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 汽车内饰板材料
• 1.2 耐热型纤维增强复合材料
• 1.2.1 耐热机理
• 1.2.2 交联剂
• 1.2.3 耐热型纤维增强复合材料的应用
• 1.3 阻燃型纤维增强复合材料
• 1.3.1 阻燃机理
• 1.3.2 阻燃剂
• 1.3.3 阻燃型纤维增强复合材料的应用
• 1.4 课题研究的目的及意义
• 1.5 课题在该领域的研究水平及发展动态
• 1.6 课题主要研究内容
• 1.7 课题的研究特色及创新之处
• 第二章 棉秆皮纤维/聚乳酸复合汽车内饰板的制备及性能测试
• 2.1 实验材料、设备及方法
• 2.1.1 实验方案设计
• 2.1.2 原料准备
• 2.1.2.1 棉秆皮纤维的制备
• 2.1.2.2 实验原料及试剂
• 2.1.3 实验仪器设备
• 2.2 棉秆皮纤维/聚乳酸复合汽车内饰板的制备
• 2.2.1 棉秆皮纤维的阻燃处理
• 2.2.2 棉秆皮纤维/聚乳酸复合汽车内饰板的制备工艺
• 2.2.2.1 混炼
• 2.2.2.2 模压
• 2.2.2.3 制样
• 2.3 棉秆皮纤维/聚乳酸复合汽车内饰板的性能测试
• 2.3.1 拉伸性能测试
• 2.3.2 弯曲性能测试
• 2.3.3 冲击性能测试
• 2.3.4 阻燃性能测试
• 2.3.5 耐热性能测试
• 2.3.6 雾化性能测试
• 第三章 棉秆皮纤维/聚乳酸复合汽车内饰板实验结果分析
• 3.1 力学性能实验结果与分析
• 3.1.1 拉伸性能实验结果与分析
• 3.1.1.1 拉伸实验结果
• 3.1.1.2 拉伸实验结果极差与方差分析
• 3.1.1.3 各因素对材料拉伸性能的影响
• 3.1.2 弯曲性能实验结果与分析
• 3.1.2.1 弯曲实验结果
• 3.1.2.2 弯曲实验结果极差与方差分析
• 3.1.2.3 各因素对材料弯曲性能的影响
• 3.1.3 冲击性能实验结果与分析
• 3.1.3.1 冲击实验结果
• 3.1.3.2 冲击实验结果极差与方差分析
• 3.1.3.3 各因素对材料冲击性能的影响
• 3.2 阻燃性能实验结果与分析
• 3.2.1 阻燃机理
• 3.2.2 阻燃实验结果
• 3.2.3 阻燃实验结果极差与方差分析
• 3.2.4 各因素对材料阻燃性能的影响
• 3.3 耐热性能实验结果与分析
• 3.3.1 耐热机理
• 3.3.2 耐热实验结果与分析
• 3.3.2.1 耐热实验结果
• 3.3.2.2 耐热实验结果极差与方差分析
• 3.3.2.3 各因素对材料耐热性能的影响
• 3.3.3 耐热性能二次数学模型
• 3.3.3.1 响应面法概述
• 3.3.3.2 耐热性能数据模型建立
• 3.4 雾化性能测试结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 社会经济效益及环境污染分析
• 4.1 社会经济效益
• 4.2 环境效益分析
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢