玄武岩/苎麻纤维混杂增强聚丙烯热塑板的开发

摘要

汽车产量的增加和质量的提高，对汽车内饰材料将提出更高的要求。进一步满足汽车内饰材料的高刚度、轻量化、阻燃、低成本的要求，是摆在大家面前的挑战。本文主要讨论了玄武岩/苎麻纤维混杂增强聚丙烯热塑板的制备工艺和性能。所做工作和结论如下：
　　 (1)在麻纤维增强聚丙烯热塑板中，加入玄武岩纤维，可以提高板材的刚度和韧性，改善拒水性和阻燃性。
　　 (2)合理地选择梳理工艺，玄武岩纤维和聚丙烯纤维能够均匀地混合梳理成网。
　　 (3)用硅烷偶联剂KH-550对玄武岩纤维进行表面改性处理，可以达到改善界面粘结的目的且不损伤玄武岩单丝的强伸性能。硅烷偶联剂KH-550的浓度对热塑板的力学性能影响很大，用质量分数为0.75％的KH-550溶液处理过的玄武岩纤维作为增强材料制备的热塑板，其力学性能最优。
　　 (4)热塑板制备的最佳工艺：纤维质量混合比例2:8（玄武岩纤维：聚丙烯纤维）、热压温度200℃、热压压力12MPa、热压时间20min。
　　 (5)对苎麻/玄武岩/苎麻（A板）、玄武岩/苎麻/玄武岩（B板）两种热塑板的拉伸弯曲性能、冲击性能、吸水性能、耐燃烧性进行综合评价，得到如下结论：
　　 预成型件的梳理铺层工艺导致A、B两种板材的纵向拉伸弯曲指标值约是横向拉伸弯曲指标值的1.5倍，这就为热塑板的应用提供了方向自由度；不同的铺层结构使得A板材的拉伸指标都要比B板材的拉伸指标高，B板材的弯曲指标都比A板材的好。两种板材的纵横向伸长率相近。在落锤冲击试验中，A、B两种板材试样吸收的总能量约是C板（苎麻纤维增强聚丙烯热塑板）的1.5倍，损伤区域要小于C种板材的。A、B两种板材的拉伸断裂能大于C种板材的。这表明在苎麻增强聚丙烯热塑板中，加入玄武岩纤维，可以增加热塑板的韧性，提高板材的抗冲击能力。A、B两种板材不同的铺层对热塑板的韧性没有影响。A种板材属于易吸水快干型，B种板材一旦吸附水分，短时间内难以干燥。两种板材的燃烧现象和燃烧速度表明B种板材比A种板材的耐燃性要好。
　　 (6)热塑板可以经过二次成型加工为各种形状的汽车内饰件，废旧产品可以回收利用。

目录

文摘

英文文摘

学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 课题的国内外研究现状及存在的问题

1.2.1 汽车内饰材料的发展历程

1.2.2 麻纤维增强热塑性复合材料的国内外研究

1.2.3 玄武岩纤维复合材料的国内外研究

1.2.4 存在的主要问题

1.3 课题研究的目的和意义

1.4 课题的研究内容

第二章 混杂纤维复合材料的拉伸破坏机制及混杂效应

2.1 混杂纤维增强复合材料的混杂方式

2.2 混杂纤维复合材料的应力传递机制和增强机制

2.3 混杂纤维复合材料的拉伸应力应变行为

2.4 混杂纤维复合材料的拉伸应力估计

2.5 本章小结

第三章 玄武岩／苎麻纤维混杂增强聚丙烯热塑板的制备工艺

3.1 增强体、基体的选择及性能介绍

3.1.1 玄武岩纤维

3.1.2 苎麻纤维

3.1.3 聚丙烯纤维

3.2 热塑板的制备工艺

3.2.1 预成型件的制备

3.2.2 模压成型工艺

3.3 热塑板的力学性能测试

3.3.1 拉伸试验

3.3.2 弯曲试验

3.3.3 扫描电子显微镜观察

3.4 本章小结

第四章 增强纤维的表面处理和热塑板制各工艺的优化

4.1 玄武岩纤维的表面改性机理和效果

4.1.1 玄武岩纤维的表面改性机理

4.1.2 玄武岩纤维的偶联改性过程

4.1.3 玄武岩纤维的偶联改性效果

4.2 苎麻纤维的表面改性机理和效果

4.2.1 苎麻纤维的表面改性机理

4.2.2 苎麻纤维的表面改性过程

4.2.3 苎麻纤维的表面改性效果

4.3 热塑板模压工艺的优化

4.4 本章小结

第五章 热塑板的性能评价

5.1 试验部分

5.1.1 拉伸弯曲试验

5.1.2 落锤冲击试验

5.1.3 吸水性试验

5.1.4 耐燃烧性试验

5.2 结果与讨论

5.2.1 强度和模量

5.2.2 延展性

5.2.3 韧性

5.2.4 吸水性能

5.2.5 耐燃烧性能

5.3 本章小结

第六章 热塑板的二次成型加工及废弃处理

6.1 热塑板的二次成型

6.2 热塑板的废弃处理

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 进一步研究的思路

7.3 应用展望

参考文献

在学期间发表的论文

致谢