汽车用竹纤维/木纤维/聚丙烯纤维复合材料制备及其性能研究

摘要

木（竹）塑复合材料兼具植物纤维和塑料的优点，由于其绿色化和轻量化的特点，成为了汽车行业开发新部件重点关注的材料之一。为了研究竹木塑复合材料在汽车内饰件上应用的可行性，本论文分别从工艺参数确定、改性处理、有机挥发物释放以及模压性能四个方面对竹纤维/木纤维/聚丙烯纤维复合材料（以下简称为竹/木/PP纤维复合材料）制备以及性能进行研究。　　本文使用无纺织气流铺装工艺制备竹/木/PP纤维毡，通过热压熔融，冷压定型制备竹/木/PP纤维复合材料。本论文选择热压温度、热压时间以及竹/木/PP纤维配比进行研究，用吸水前后静曲强度(MOR)、弹性模量(MOE)，以及24h吸水率(WA)和24h吸水厚度膨胀率(TS)来表征竹/木/PP纤维复合材料的物理力学性能，优化复合材料的制备工艺参数;对竹/木/PP纤维配比对复合材料性能影响机理进行研究。使用不同浓度的硅烷偶联剂进行竹纤维改性，研究γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂(AMEO)浓度对复合材料性能的影响，旨在保证竹/木/PP纤维复合材料强度的前提下降低密度，减轻重量。对有机挥发物释放量以及二维和三维模压性能进行研究，得到以下结论。　　(1)竹纤维含量和热压温度对竹/木/PP纤维复合材料性能影响显著。随着竹纤维含量的增加，复合材料的MOR和MOE出现先降低后升高的趋势，当竹纤维含量为25％时复合材料力学性能最优;WA和TS随着竹纤维含量的增加而降低;经过浸水后，复合材料的力学性能出现降低，变化趋势和浸水之前相似。竹/木/PP纤维复合材料的工艺参数为:热压温度180℃、热压时间2min/mm、竹/木/PP纤维配比为25∶25∶50时综合性能最优。　　(2)使用0％、1％、3％、5％和7％这5种浓度的AMEO改性竹纤维，研究AMEO浓度对竹/PP纤维复合材料性能的影响。结果表明，改性后的竹纤维亲水性羟基的数量减少，在与PP复合时界面性能增强;随着AMEO浓度的增加，复合材料的力学性能出现先增加后降低的趋势，当AMEO浓度为3％时，复合材料力学性能最优，MOR和MOE最大，分别为63.12MPa和3781MPa。　　(3)采用通用汽车公司GMW15634实验方法标准，使用热解析法对复合材料挥发性有机物(VOC)以及半挥发性有机物(SVOC)释放量进行测试，测试结果表明复合材料的VOC和SVOC完全符合Patac Engineering Standards TS-INT-O01PES11080限值标准要求，检测结果为合格。　　(4)对竹/木/PP纤维毡进行二维模压发现，竹纤维的含量和模具的参数对复合材料的形变量均有显著影响，竹纤维含量越多，在模压时能承受的拉力也就越强，形变量也就越小;当模具的模压角度越大，波峰边距越小，越容易形成应力集中，造成的形变量越大。复合材料三维模压性能研究表明，模具的参数对复合材料表面质量的影响非常显著，竹纤维含量的影响却不显著，当模具上直角越多，剪切力越火，复合材料越容易形成裂纹，表面质量降低。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1．1研究背景

1．1．2研究目的与意义

1．1．3项目来源和经费支持

1．2国内外研究现状与发展趋势

1．2．1汽车内饰用复合材料研究进展

1．2．2汽车内饰用复合材料性能要求

1．2．3竹纤维复合材料研究进展

1．3研究目标和研究的主要内容

1．3．1研究目标

1．3．2主要研究内容

1．4技术路线图

第二章竹／木／PP纤维毡及其复合材料制备工艺研究

2．1引言

2．2实验材料与实验内容

2．2．1材料与设备

2．2．2实验内容

2．3结果与分析

2．3．1不同竹纤维含量对竹／木／PP纤维毡的影响

2．3．2不同制备工艺参数对竹／木／PP纤维复合材料力学性能的影响

2．3．3竹／木／PP纤维配比对复合材料性能影响机理

2．4本章小结

第三章表面改性对竹／PP复合材料物理力学性能的影响

3．2实验材料与实验方法

3．2．1实验材料

3．2．2实验方法

3．3结果与分析

3．3．1竹纤维表面分析

3．3．2复合材料力学性能分析

3．3．3断口形态分析

3．3．4热性能分析

3．3．5吸水性分析

3．4本章小结

第四章 竹／木／PP纤维复合材料挥发性有机物(VOC)研究

4．1引言

4．2实验材料与实验方法

4．2．1实验材料

4．2．2实验设备

4．2．3实验方法

4．3结果与分析

4．3．1 VOC的鉴另U

4．3．2 SVOC的鉴别

4．4本章小结

第五章竹／木／PP纤维毡模压性能研究

5．2．2实验内容

5．3结果与分析

5．3．1二维变量因子对竹／木／PP复合材料形变量的影响

5．3．2三维变量因子对竹／木／PP纤维复合材料表面质量的影响

5．4本章小结

第六章结论与建议

6．1结论

6．2主要创新点

6．3建议

参考文献

在读期间的学术研究

致谢