纳米粒子修饰玻纤增强聚丙烯复合材料性能研究
纤维增强树脂基复合材料由于其高比强度、高比模量和可设计性而广泛用于航空航天、汽车工业及石化等领域。依照树脂基体选材的不同，可划分为热固性复合材料及热塑性复合材料两种。其中，纤维增强热塑树脂基复合材料因其综合力学性能优异、预浸料存储周期长、制品成型周期短、可回收等诸多优点而备受工业界和学术界青睐，故纤维增强热塑性树脂基复合材料的性能优化研究是迫切而有意义的，其中引入纳米粒子进行改性研究便是当中蓬勃发展的一支。在目前纳米复合材料的研究当中，纳米粒子多用于树脂基体进行混合改性，相比之下纳米粒子修饰纤维表面后与树脂基体形成三相界面的相关研究具备更宽广的研究空间。本文采用纳米粒子修饰玻璃纤维表面，通过薄膜叠压法与聚丙烯树脂基体结合制备高性能复合材料，从纳米粒子不同的修饰处理方式、粒径尺寸及微观形貌三个方面探究其对复合材料界面性能及各项力学性能的影响，为后续进一步的研究及工业应用提供一定的参考。 借助纳米粒子比表面积高的特性，本文选用纳米SiO2改性玻纤表面，以制备高性能玻纤增强聚丙烯复合材料。采用在高速搅拌基础上加用超声震荡以获得分散更加均匀的纳米SiO2悬浮液，并将纳米SiO2通过化学接枝方式修饰玻璃纤维表面制备玻璃纤维/聚丙烯热塑性复合材料，对其进行静态力学、动态力学及扫描电子显微镜(SEM)等测试，实验结果表明，复合材料在动态热机械分析(DMA)测试下具备较为良好的综合界面性能;与空白组对比，复合材料的层间剪切强度最高提升约86％，拉伸强度最高提升约300％，弯曲强度最高提升约94％，验证纳米粒子界面修饰技术及实验所用制备工艺的优越性。 对于纳米级改性填料而言，其粒径尺寸是影响复合材料界面结合情况与力学性能的一个十分重要的因素，决定其能否充分发挥纳米级尺度的优势。本文对15nm纳米SiO2、30nm纳米SiO2、60nm纳米SiO2这三种不同粒径的纳米SiO2修饰纤维表面后对玻纤增强聚丙烯复合材料的界面性能及动静态力学性能产生的影响进行探究，实验结果表明，复合材料的界面综合性能及各项力学性能15nm纳米SiO2组＞30nm纳米SiO2组＞60nm纳米SiO2组＞空白组，并对产生影响的机理进行一定的讨论，为工业规模生产及推广提供一定的参考。 随着纳米粒子增强复合材料技术的发展，目前已有多种不同形貌的纳米粒子投入树脂基纤维增强复合材料性能优化的研究当中。本文对纳米SiO2、碳纳米管、水滑石及微孔硅酸钙这四种有代表性的不同形貌的纳米粒子修饰纤维表面后对玻纤增强聚丙烯复合材料的界面性能及动静态力学性能产生的影响进行了探究，实验结果表明，复合材料的界面综合性能及各项力学性能整体而言微孔硅酸钙组＞15nm纳米SiO2组＞碳纳米管组＞水滑石组＞空白组，并对产生影响的机理进行一定的讨论，为实际生产的选择及未来进一步的研究提供一定的参考与铺垫。
聚丙烯复合材料;玻璃纤维增强;纳米粒子修饰;力学性能
北京化工大学
硕士
机械工程
信春玲;张兴华
2020
中文
TQ327.1;TQ320.6
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）