三维正交苎麻机织物增强聚丙烯复合材料的制备与性能研究

摘要

天然植物纤维具备质轻价廉、比强度高和可自然降解等优点，其与热塑性树脂复合，能开发出具有环境友好、可回收、可重复使用等优点的绿色复合材料。论文基于苎麻织物增强聚丙烯复合材料，首先对比了苎麻平纹机织物铺层和苎麻三维正交机织物增强聚丙烯复合材料的力学性能，然后研究了使用聚丙烯的有机溶液预浸的三维正交苎麻机织物增强聚丙烯复合材料的力学性能，以及通过化学接枝改性聚丙烯，并将其作为增容剂来改善聚丙烯与苎麻之间的界面性能以及增容作用对复合材料力学性能的影响，研究结果可为植物纤维增强热塑性树脂这一类绿色复合材料在结构设计和加工制备方面提出新的思路并奠定良好的理论基础。
　　 本文具体研究内容如下:
　　 l比较苎麻平纹机织物铺层和三维正交机织物增强聚丙烯复合材料的力学性能。由于国内外学者对于植物纤维增强热塑性树脂复合材料的研究主要集中于采用短纤维或者二维织物作为增强体，但由于这类复合材料力学性能不高或层间性能不佳的缺点。所以本论文采用三维正交机织物作为增强体，以探讨其对绿色复合材料在力学性能方面的提高和影响。本文实验中织造了不同纬密的织物，以比较其对复合材料力学性能的影响。本论文的实验结果都用复合材料的纤维体积含量进行了归一化，以便更客观地比较材料性能。结果表明:两种不同预制件结构的复合材料在厚度相近的条件下，三维正交织物增强复合材料的拉伸和弯曲归一化强度及模量都比二维织物铺层增强复合材料更优异，破坏模式也有较大的差别;在冲击性能方面，三维复合材料的归一化冲击强度和总吸收能量均明显大于二维复合材料。
　　 2聚丙烯熔融粘度大，流动性能差;苎麻短纤纱的捻度高，纤维抱合力大，所以存在树脂浸润织物困难的问题，这将会严重影响复合材料的性能。由于聚丙烯在加热时可以被有机溶剂溶解，当温度降低或者加入沉淀剂以后聚丙烯将会析出，并程细小的颗粒状，所以可以应用这一性质将聚丙烯均匀地分散在织物中。本论文研究了使用聚丙烯有机溶液预浸苎麻织物的制备方法，并研究了经过预浸的织物增强的复合材料和其力学性能。结果表明:经过聚丙烯溶液预浸的三维正交机织苎麻织物增强的聚丙烯复合材料与未经预浸的织物所增强的复合材料相比，其拉伸和弯曲的归一化强度及模量、冲击的归一化强度及总吸收能量都有明显地提高。这是由于聚丙烯树脂对纱线和纤维的浸润度有较大地提高和改善，树脂可以有效地将载荷传递给增强纱线和纤维。
　　 3聚丙烯是非极性材料，其表面能低、分子规整、排列整齐、粘结性能不强，而植物纤维为极性，亲水性物质，所以植物纤维增强聚丙烯复合材料的界面性能较差是此类材料所存在的一个较难解决的问题。论文采用衣康酸熔融接枝改性聚丙烯，在聚丙烯主链上引入极性单体，并将其溶解于有机溶液，通过使用该溶液预浸织物作为增容剂，改善聚丙烯与苎麻纤维的粘结性，提高界面性能。结果表明:通过使用衣康酸接枝聚丙烯作为增容剂，复合材料的归一化拉伸模量和强度有所提高，但极限应变急剧减小;归一化弯曲模量和强度也显著提高，同样，极限应变大幅减小;在冲击性能方面，承载的最大载荷和屈服载荷都有所提高，但在最大载荷处和屈服载荷处吸收的能量却有所减小。

目录

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摘要

第一章 引言

1．1 绿色复合材料的国内外研究历史及现状

1．2 绿色复合材料的研究发展趋势

1．3 本课题的主要研究意义和内容

第二章 三维与二维苎麻机织物增强聚丙烯复合材料的力学性能比较

2．1 实验

2．2 实验数据及分析

2．3 本章小结

第三章 聚丙烯溶液预浸苎麻织物增强聚丙烯复合材料的力学性能

3．1 实验

3．2 实验数据及分析

3．3 本章小结

第四章 衣康酸接枝聚丙烯增容苎麻增强聚丙烯复合材料的力学性能

4．1 实验

4．2 实验数据及分析

4．3 本章小结

第五章 展望与结论

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表论文及申请专利

致谢

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