椰壳纤维_IPC复合材料的界面改进研究

摘要

密度低、来源丰富的天然植物纤维代替玻璃纤维、无机填料，作为树脂基复合材料的增强材料正越来越多地用于汽车等交通工具。天然植物纤维主要成分为亲水物质，而聚丙烯(PP)具有强烈的疏水性，两者相容性较差。这严重影响着天然植物纤维增强PP复合材料的力学性能。同样，椰壳纤维增强抗冲共聚聚丙烯(IPC)复合材料的性能也取决于复合材料两相界面性能的提高。
　　本文以丙烯酸(Acrylic acid，AA)为接枝单体熔融接枝IPC，将接枝产物AA-g-IPC作为相容剂加入到椰壳纤维／IPC复合材料中进行界面改进。设计正交实验确定AA-g-IPC熔融接枝条件对椰壳纤维／IPC复合材料力学性能的影响。界面改进后复合材料的拉伸强度提高了17．36％，界面改进效果较为明显。利用最小二乘法拟合得到了接枝物红外谱图与AA接枝率的关系。研究表明，随着AA接枝率的增大，相容剂中可与纤维素成分的羟基发生反应的活性基团增多，椰壳纤维通过AA-g-IPC与IPC基体形成的界面层的结合加强，复合材料的力学性能随之提高。
　　对椰壳纤维碱处理后，在制备复合材料时加入偶联剂或者相容剂，探讨碱处理后偶联剂、相容剂对椰壳纤维／IPC复合材料的性能的影响。通过利用高斯函数模型拟合椰壳纤维／IPC复合材料的应力-应变曲线，得到其数学表达式，通过对复合材料拉伸性能数学模拟考察，得到钛酸酯偶联剂、AA-g-IPC相容剂、MAH-g-PP相容剂的加入都使复合材料的力学性能提高，而且相容剂的提高效果更为明显。这是由于相容剂反应基团的活性更大及其有机链较长有利于与IPC基体缠结，使得相容剂对复合材料起到较好的界面改进作用。
　　SEM观察可知，加入偶联剂或者相容剂均改善了椰壳纤维与IPC基体界面黏结效果，并且相容剂的效果好于偶联剂，加入MAH-g-PP相容剂、AA-g-IPC相容剂的复合材料，椰壳纤维与IPC基体的界面黏结非常紧密，纤维与基体几乎在同一截面断裂，这与复合材料力学性能的明显提高的结果一致。
　　复合材料的动态力学(DMA)分析结果表明，钛酸酯偶联剂，AA-g-IPC、MAH-g-PP相容剂对复合材料界面改进的综合改进效果是依次提高的。其中，加入钛酸酯偶联剂复合材料在玻璃化转变温度附近出现了E’值小于未改进复合材料、损耗因子大于未改进复合材料的反常现象。原因在于钛酸酯偶联剂分子量小、活性无机链短，常温下以液态存在，当温度升高到玻璃化转变温度以上后，起不到连接纤维和基体以有效的转移负荷的作用。

目录

独创性声明

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第一章 绪论

1.1引言

1.2天然纤维/热塑性树脂复合材料的研究进展

1.2.1天然纤维用作树脂增强材料的意义

1.2.2天然纤维/聚丙烯复合材料

1.2.3椰壳纤维/IPC复合材料

1.3天然纤维/热塑性树脂复合材料界面改进的研究进展

1.3.1天然纤维的处理及组成和性能分析

1.3.2天然纤维表面改进方法的研究

1.3.3界面改性剂使用的研究

1.3.4椰壳纤维/IPC复合材料的界面改进方法

1.4本课题研究的思路和内容

1.4.1界面改进椰壳纤维/IPC复合材料的研究目的及意义

1.4.2本论文的主要内容

第二章 界面改性剂AA-g-IPC的制备

2.1实验部分

2.1.1原材料

2.1.2 AA-g-IPC的熔融接枝及其复合材料制备

2.1.3 AA-g-IPC红外光谱分析及接枝率测定

2.1.4复合材料力学性能测试

2.2结果与讨论

2.2.1正交实验分析

2.2.2方差分析

2.2.3红外光谱表征与分析

2.2.4力学性能

2.3本章小结

第三章 复合材料的拉伸性能数学模拟及界面改进

3.1实验部分

3.1.1原材料

3.1.2椰壳纤维的碱处理及复合材料的制备

3.1.3性能测试

3.2结果与讨论

3.2.1拉伸性能应力应变曲线的拟合

3.2.2其他力学性能

3.2.3作用机理分析

3.3本章小结

第四章 复合材料的亚微观形态和动态力学行为分析

4.1实验部分

4.1.1样品制备

4.1.2 SEM表征方法

4.1.3 DMA表征方法

4.2结果与讨论

4.2.1椰壳纤维/IPC复合材料的亚微观形貌

4.2.2动态力学行为分析

4.3本章小结

第五章 结论

5.1结论

5.2存在的问题以及需要进一步研究的工作

5.2.1存在的问题

5.2.2需要进一步研究的工作

参考文献

论文发表及专利申请情况

致谢