氨基硅油改性苎麻纤维/聚丙烯车用复合材料的研究

论文摘要

天然麻纤维增强聚丙烯复合材料是一种新型的汽车内饰材料,具有安全环保、可回收、质量轻等特点,近年来引起了国内外的广泛关注。天然纤维取代玻璃纤维和碳纤维作为复合材料的增强体,符合汽车轻量化和绿色环保的要求。苎麻纤维原产于我国,具有杨氏模量高、单纤强度大、可降解、来源广泛和价格低廉等特点。然而由于苎麻纤维表面含有大量羟基,呈亲水性,因而与疏水性的聚丙烯树脂相容性较差,从而影响复合材料的综合性能。因此,要想提高复合材料的综合性能,就必须要对苎麻纤维进行表面改性,降低苎麻纤维的亲水性,提高其与基体树脂的界面相容性。本论文采用氨基硅油对苎麻纤维进行表面改性,制备了性能优良的改性苎麻纤维。采用红外光谱、接触角测试、X射线衍射、热重分析、扫描电子显微镜等方法研究改性前后苎麻纤维的结构及性能。结果表明:改性后氨基硅油接枝到了苎麻纤维表面,降低了苎麻纤维的亲水性,提高了苎麻纤维的结晶性和耐热性;改性后的苎麻纤维表面杂质减少,有利于其与基体树脂的界面结合。将改性前后的苎麻纤维按25%的纤维含量与聚丙烯进行共混注射成型,研究了改性对复合材料性能的影响。结果表明:最佳的改性温度为80℃;改性后,复合材料的性能明显提高,其中,拉伸强度提高了20.08%,弯曲强度提高了17.81%,冲击韧性提高了39.39%,断裂伸长率提高了38.77%,耐热性能也有显著的提高;扫描电镜图分析表明,改性明显提高了苎麻纤维与聚丙烯树脂的界面相容性。另外,本论文研究了不同纤维含量对苎麻纤维/聚丙烯复合材料性能的影响。结果表明:随着纤维含量的增加,复合材料的拉伸强度和弯曲强度呈上升的趋势,冲击韧性和断裂生长率呈降低的趋势,当纤维含量为30%时,拉伸强度和弯曲强度达到最优;试验测得苎麻纤维增强聚丙烯复合材料的拉伸强度最高达28.66MPa,弯曲强度最高达35.83MPa,冲击韧性最高达7.77KJ/m2,力学性能满足汽车内饰材料的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 汽车工业的发展现状
• 1.2 汽车内饰材料的发展现状及面临的问题
• 1.3 天然麻纤维复合材料在在汽车工业中的应用现状
• 1.4 天然麻纤维复合材料的研究现状
• 1.5 聚丙烯在汽车工业上的应用现状
• 1.6 论文的研究意义和研究内容
• 1.6.1 论文的研究意义
• 1.6.2 论文的研究内容和主要创新点
• 第2章 苎麻纤维改性工艺及表征方法
• 2.1 苎麻纤维
• 2.1.1 苎麻纤维的组成与结构
• 2.1.2 苎麻纤维的特性
• 2.2 试验原料及仪器
• 2.2.1 改性试剂
• 2.2.2 主要仪器
• 2.3 苎麻纤维改性工艺
• 2.3.1 苎麻纤维的脱胶处理
• 2.3.2 改性乳液的配置
• 2.3.3 苎麻纤维接枝改性
• 2.4 测试仪器与方法
• 2.4.1 苎麻纤维红外光谱表征
• 2.4.2 苎麻纤维接触角测试分析
• 2.4.3 苎麻纤维XRD衍射分析
• 2.4.4 苎麻纤维热重分析
• 2.4.5 苎麻纤维SEM扫描
• 2.5 本章小结
• 第3章 改性前后苎麻纤维性能分析及改性原理探究
• 3.1 改性对苎麻纤维表面结构的影响
• 3.2 改性对苎麻纤维表面极性的影响
• 3.3 改性对苎麻纤维结晶度的影响
• 3.4 改性对苎麻纤维耐热性能的影响
• 3.5 改性对苎麻纤维表面形貌的影响
• 3.6 氨基硅油改性原理探究
• 3.6.1 苎麻纤维极性改性原理
• 3.6.2 苎麻纤维结晶性改性原理
• 3.7 本章小结
• 第4章 苎麻纤维增强聚丙烯复合材料的研究
• 4.1 汽车内外饰所用材料的力学性能要求
• 4.2 复合材料试样的制备
• 4.2.1 试验设备
• 4.2.2 试样制备流程
• 4.2.3 试验工艺
• 4.3 测试与表征方法
• 4.3.1 拉伸性能测试
• 4.3.2 冲击强度测试
• 4.3.3 弯曲强度测试
• 4.3.4 微观结构分析
• 4.3.5 热性能分析
• 4.4 不同改性温度对苎麻纤维增强聚丙烯复合材料性能的影响
• 4.4.1 不同改性温度对复合材料强度的影响
• 4.4.2 不同改性温度对复合材料的冲击韧性的影响
• 4.4.3 不同改性温度对复合材料的断裂伸长率的影响
• 4.4.4 不同改性温度对复合材料的耐热性能的影响
• 4.5 不同含量的苎麻纤维增强聚丙烯复合材料的性能研究
• 4.5.1 不同纤维含量对复合材料抗拉强度的影响
• 4.5.2 不同纤维含量对复合材料弯曲强度的影响
• 4.5.3 不同纤维含量对复合材料冲击韧性的影响
• 4.5.4 不同纤维含量对复合材料断裂伸长率的影响
• 4.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢