落麻纤维增强聚乙烯复合材料的制备及性能研究
通过天然纤维增强高分子树脂基体可以得到机械性能与玻璃纤维增强相媲美的复合材料，并且其生产工艺简单、成本低廉、能耗较低、同时作为环境友好型材料也迎合了环保的要求，现如今在国内外诸多行业均有应用。传统的麻纤维应用中，落麻纤维尤其在国外通常被当作废物丢弃，但是落麻纤维具有与常用长麻纤维相媲美的比强度、比模量，同样可以作为复合材料的增强材料将其变废为宝。
本文采用苎麻落麻纤维增强高密度聚乙烯(HDPE)树脂基体，同时综合考虑落麻纤维堆密度小、体积大并且在树脂基体中难于分散的缺点，采用了密炼混合-挤出与直接连续纤维混入挤出两种制备方式。着重研究了天然纤维增强复合材料的几个关键问题:纤维含量、纤维分散以及纤维与树脂基体之间的界面粘结情况。
通过机械性能测试得出在质量分数0-20％的范围内增加纤维含量能够提高复合材料的拉伸和弯曲性能，同时借助热学和动态力学测试进一步分析验证其含量提高对复合材料热稳定性及动态性能的影响。对比两种不同相容剂MAH-g-PP和XRJ的增强效果，选择对天然纤维增强复合材料性能的促进作用更为明显的相容剂(MAH-g-PP)，进一步具体讨论其添加量(0-20％wt)对复合材料机械性能、热稳定性以及动态力学的作用。并通过扫描电镜(SEM)从微观结构上考察相容剂对树脂基体与纤维之间界面的增容作用。在动态力学测试中引入界面强度系数，通过具体的数值计算进一步说明MAH-g-PP对纤维与基体树脂之间界面粘结的提高。
通过傅里叶-红外扫描(FTIR)研究纤维与相容剂在微观范围内的成键反应，由此得出其提高纤维与树脂之间界面相容性的原理，并引入微元力学模型，说明纤维在复合材料微元承载应力所起的增强作用，由此探究纤维增强聚乙烯基体的作用机理。
研究中还考察了一次造粒和二次造粒两种不同制备工艺对复合材料机械性能的影响，并分析了在挤出造粒工艺过程中不同螺杆转速和挤出加工温度对材料性能的影响情况。
此外，为拓宽复合材料的应用，研究了AC发泡剂对复合材料密度和机械性能的影响，并考察了连续落麻纤维增强PE复合材料的机械特性。
落麻纤维;聚乙烯;复合材料;制备工艺
北京化工大学
硕士
流体机械及工程
薛平
2012
中文
TB332
98
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）