聚丙烯/亚麻纤维复合材料结构与性能的研究

论文摘要

本文探索了聚丙烯／亚麻纤维（PP/FF）复合材料的混炼方法和工艺条件。研究了亚麻纤维（flax-fiber, FF）含量、对FF的不同处理方法及增容剂对PP/FF复合材料性能的影响。测试了PP/FF复合材料的加工性能、力学性能、热性能、热稳定性的影响,并通过POM、DSC方法研究了FF对PP/FF复合材料结晶行为的影响。研究结果表明：（1）采用先两联辊混炼、后双螺杆挤出机挤出的二步混炼法能有效将FF均匀的分散在PP/FF复合材料中,最高加工温度在180℃左右能较好的保护FF的结构和强度。（2）随着FF含量提高,PP/FF复合材料的密度基本未提高,弯曲强度、硬度和热变形温度提高。（3）无增容剂时,FF对PP/FF复合材料的增强作用不明显,且PP/FF复合材料的冲击强度随FF含量提高显著下降；但添加增容剂PP-g-MAH（尤其是MFR较小、MAH接枝率较大的9801）后,PP/FF复合材料的力学性能明显提高；添加EPDM-g-MAH和POE-g-MAH后,PP/FF复合材料的拉伸和冲击强度均有提高,尤其是冲击强度提高显著；PP/FF复合材料断面的电镜照片也证明了两相界面强度提高；添加PO-g-MAH后,PP/FF的吸水性减弱,吸水后力学性能下降的问题得到改善,热稳定性略有提高,加工流变性未受影响。（4）5%的NaOH溶液浸泡FF1小时能显著提高PP/FF复合材料的力学性能、硬度和热变形温度,PP/FF复合材料断面的电镜照片也显示了两相界面强度提高；NaOH溶液浸泡FF和添加PO-g-MAH相结和起到协同增容的作用,PP/FF复合材料力学性能提高更明显。（5）硅烷偶联剂KH570的酸性溶液处理FF也能提高材料两相界面强度和力学性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 天然纤维复合材料
• 1.1.1 天然纤维复合材料的发展和现状
• 1.1.2 天然纤维复合材料的应用领域
• 1.2 亚麻纤维
• 1.2.1 天然纤维
• 1.2.2 亚麻纤维
• 1.3 聚丙烯
• 1.3.1 热塑性树脂
• 1.3.2 聚丙烯
• 1.4 纤维增强复合材料的机理
• 1.5 天然纤维复合材料的加工工艺
• 1.5.1 挤出成型
• 1.5.2 注塑成型
• 1.5.3 热压成型
• 1.6 提高天然纤维复合材料界面相容性的方法
• 1.6.1 物理法
• 1.6.2 化学处理
• 1.7 天然纤维复合材料的增韧
• 1.7.1 改善天然纤维复合材料韧性的原因
• 1.7.2 天然纤维复合材料增韧的方法
• 1.8 本课题研究目的及主要意义
• 1.9 本课题研究的主要内容
• 2 实验部分
• 2.1 实验原材料
• 2.2 实验设备仪器
• 2.3 加工方法
• 2.4 测试与表征
• 2.4.1 力学性能测试
• 2.4.2 流变性能（毛细管）测试
• 2.4.3 热变形温度测试
• 2.4.4 球压痕硬度测试
• 2.4.5 差示扫描量热法（DSC）
• 2.4.6 形态结构分析
• 2.4.7 吸水性测试
• 2.4.8 热失重分析
• 2.4.9 偏光显微镜分析
• 3 结果与讨论
• 3.1 加工工艺的确定
• 3.1.1 加工方法的选择
• 3.1.2 加工温度的确定
• 3.2 FF含量对PP/FF复合材料性能的影响
• 3.2.1 FF含量对PP/FF复合材料密度的影响
• 3.2.2 FF含量对PP/FF复合材料硬度和热变形温度的影响
• 3.2.3 FF含量对PP/FF复合材料吸水性的影响
• 3.2.4 FF含量对PP/FF复合材料熔体粘度的影响
• 3.2.5 FF含量对PP/FF复合材料热稳定性的影响
• 3.2.6 FF含量对PP/FF复合材料结晶形态的影响
• 3.2.7 FF含量对PP/FF复合材料力学性能的影响
• 3.3 PO-g-MAH对PP/FF复合材料性能的影响
• 3.3.1 PP-g-MAH对PP/FF复合材料性能的影响
• 3.3.2 EPDM-g-MAH和POE-g-MAH对PP/FF复合材料性能的影响
• 3.4 NaOH溶液浸泡FF对PP/FF复合材料性能的影响
• 3.4.1 NaOH溶液浸泡FF对PP/FF复合材料性能的影响
• 3.4.2 NaOH溶液浸泡FF和添加增容剂PO-g-MAH相结合
• 3.5 硅烷偶联剂处理FF
• 3.5.1 KH550和KH570的选择
• 3.5.2 FF烘干温度对PP/FF复合材料力学性能的影响
• 4 结论
• 5 展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间论文发表情况
• 8 致谢