红麻粉/聚丙烯复合材料的制备与性能研究

摘要

近年来，随着大众环保意识的提高，利用植物纤维作为增强材料开发环境友好绿色复合材料已成为当今世界各国重点研究的热点之一。红麻（Kenaf）具有纤维含量高、耐贫瘠、耐旱、韧性大和密度小的特点。本文为了提高红麻的综合利用市场以及充分利用我国丰富的红麻资源，研究开发其在复合材料方面的用途，制备了红麻粉/聚丙烯复合材料。
　　本文通过机械粉碎方法将红麻的韧皮部分和芯秆部分分别进行粉碎，得到红麻韧皮粉（KB）和红麻芯秆粉（KS），对这些红麻粉（韧皮粉和芯秆粉的总称）进行不同表面处理后，分别与聚丙烯颗粒进行熔融造粒，然后利用热压成型工艺制备了红麻粉/聚丙烯复合材料。本文主要研究了制备工序中造粒工艺参数以及热压成型工艺参数的确定，分析了红麻韧皮粉与芯秆粉、不同红麻粉添加量和红麻粉粒径大小对复合材料力学性能、结晶性能、吸水性能和热稳定性能的影响，观察和分析了复合材料断面形貌，最后研究了碱处理和添加马来酸酐聚丙烯相容剂（PP-g-MAH）对红麻粉/聚丙烯复合材料性能的影响。本文的主要研究结果如下：
　　（1）利用机械粉碎方法制备红麻韧皮粉和芯秆粉，对红麻粉进行了碱处理和硅烷偶联剂改性，应用傅里叶变换红外光谱仪和热重分析仪分别表征了红麻粉的改性结果和热稳定性。结果表明，用乙烯基三甲氧基硅烷（A-171）偶联剂可以成功接枝并改性红麻粉；红麻粉在220℃以内具有较好的热稳定性，性能不会有明显的下降。
　　（2）在制备红麻粉/聚丙烯复合材料过程中，对共混造粒和热压成型的工艺参数进行调整，确定最优加工参数。试验结果表明，挤出造粒工序的最优参数：挤出温度195℃，转速100r/min；热压成型的最优工艺参数：加压温度195℃，加压时间10min，加热压强3MPa。
　　（3）测试和分析了红麻粉/聚丙烯复合材料的力学性能、结晶性能和吸水性能。结果显示，随着红麻粉质量分数的增加，红麻粉/聚丙烯复合材料的拉伸强度、冲击强度以及断裂伸长率基本都呈降低趋势，但其弯曲强度、弯曲模量和拉伸模量却不断增加，而 KB/PP复合材料的力学性能优于 KS/PP复合材料；红麻粉/聚丙烯复合材料的吸水率随红麻粉含量的增加而逐渐增加；KS/PP复合材料的吸水率略大于KB/PP复合材料的吸水率；在沸水中浸泡2h的复合材料吸水率要高于在冷水中浸泡24h的；红麻粉可以诱导红麻粉/PP复合材料中聚丙烯的异相成核，使其结晶温度增加；红麻粉粒径大小为120目时，复合材料的力学性能最好。
　　（4）通过碱处理和添加马来酸酐聚丙烯相容剂（PP-g-MAH）方法改善了红麻粉/聚丙烯复合材料的界面性能，提高了复合材料的力学性能。结果表明，碱处理后的KS/PP和KB/PP复合材料拉伸强度、弯曲强度和冲击强度得到提高，而且复合材料的吸水性能也得到增强。PP-g-MAH相容剂可以提高红麻粉/PP复合材料的力学性能、热稳定性和结晶温度；当PP-g-MAH相容剂的含量为2％时，复合材料的拉伸强度最高；PP-g-MAH相容剂降低了复合材料的吸水性能，且随着相容剂含量的增加，吸水性能逐渐下降。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 红麻介绍

1.3 植物纤维增强聚合物复合材料的研究现状

1.4粉末物质增强聚丙烯的研究现状

1.5 复合材料界面

1.6 本文的主要研究内容及意义

第二章 原料的预处理

2.1 实验部分

2.2 红麻粉的表面处理

2.3 红麻粉的表面处理结果与讨论

2.4 红麻粉的热重分析

2.5 本章小结

第三章 红麻粉体增强聚丙烯复合材料的制备

3.1实验部分

3.2 性能测试及表征

3.3 结果与讨论

3.4 本章结论

第四章 不同处理方法对麻粉/PP复合材料性能的影响

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章结论

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间的论文及专利

致谢