甘蔗皮纤维/PP复合材料制备及力学行为分析

摘要

甘蔗短纤维复合材料具有复合材料制品相对比重量轻、甘蔗纤维可替代木质资源以及甘蔗纤维来源丰富等优点，是一类很有发展前景的新兴复合材料。其应用范围从汽车、建筑等基础设施领域扩展到如航空航天、船舶制造等新兴行业中，在其应用过程中要求其具备一定的刚度和强度，而在一些特定的场合中要求具有较高的稳定性。因此研究分析其力学性能的重要性不言而喻。
　　本文以农作物甘蔗的外表皮纤维（Sugarcane Bark Fiber，SBF）和聚丙烯（Polypropylene，PP）为原料，采用热压工艺制备了SBF/PP复合材料。在温度为175℃、压力为1MPa条件下、将SBF和PP共混热压15min，保压时间为30min，制备甘蔗皮纤维/PP复合材料。探讨不同甘蔗纤维质量分数与甘蔗纤维粒径对其力学性能的影响。本文的主要研究结果如下：
　　（1）对SBF/PP复合材料进行物理性能测试。结果表明，甘蔗纤维质量分数及甘蔗纤维粒径对复合材料密度影响不大，SBF复合材料密度为0.8g/cm3，SBF复合材料2小时吸水厚度膨胀率及24小时吸水率均与纤维质量分数、纤维粒径有关，当纤维质量分数为20％、粒径为20-40目时，其2小时吸水厚度膨胀率及24小时吸水率均为最高，分别为3.9%和2%。
　　（2）对SBF/PP复合材料进行拉伸、弯曲和硬度性能测试。结果表明，在相同甘蔗纤维粒径条件下，SBF/PP复合材料纤维质量分数增加，其拉伸和弯曲强度均下降；纤维粒径减小时，复合材料拉伸强度和弯曲强度先增后减；随着SBF复合材料中纤维质量分数的增加和纤维粒径的减小，其弹性模量呈先增后减趋势；SBF复合材料硬度随纤维质量分数及纤维粒径并无明显变化规律。
　　（3）对SBF/PP复合材料进行断裂行为的实验研究。应用改进的数字图像相关方法测量了SBF/PP复合材料的应力强度因子。结果表明，纤维粒径和纤维质量分数对复合材料断裂性能的影响不明显，随机分布在纤维与基体之间的孔洞是影响其断裂性能的主要因素，复合材料中的孔洞越多，复合材料的应力强度因子越大，复合材料中的孔洞越少，复合材料的应力强度因子越小。

目录

声明

第一章 前 言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要工作

第二章 甘蔗皮纤维/聚丙烯复合材料的制备

2.1 主要试验材料

2.2 主要试验设备

2.3 纤维的处理改性

2.4 制备工艺

2.5 复合材料制备工艺流程设计

2.6 试验分组方案

2.7 本章小结

第三章 甘蔗皮纤维/聚丙烯复合材料的物理性能测试分析

3.1等效密度测试

3.2 2h吸水厚度膨胀率测试

3.3 24h吸水率测试

3.4 本章小结

第四章 甘蔗皮纤维/聚丙烯复合材料力学性能测试

4.1 拉伸强度测试

4.2 弹性模量测试

4.3 弯曲强度测试

4.4 硬度测试

4.5 甘蔗皮纤维/聚丙烯复合材料应力强度因子测试

4.6 复合材料断裂截面形貌分析

4.7 本章小结

第五章 结论

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文及参加科研情况

致谢