无机物填充聚丙烯复合材料自增强机理及实验研究
通过自增强方法控制材料的结构形态，来提升复合材料强度的同时降低其密度，相比引入增强相的效果是相同的，但自增强材料由于增强相源于材料本身，成型过程中并未添加其它物质，因此增强相和基体相两者相容效果很好，没有和外增强相同的界面粘接差等缺点，同时也不存在着材料的回收难题，十分符合当前可持续发展的社会需要。通过研究自增强复合材料成型装置和机理，使其具有更好的轻质性与高强性，满足国民经济各领域的广泛应用，具有重要的理论研究意义和工业应用价值。 本文以无机物填充聚丙烯为基础，自行设计新型固态拉伸口模，并搭建了固态拉伸自增强实验平台，并基于该实验平台成功制备了具有优异力学性能和耐热性能的无机物填充聚丙烯自增强复合材料;研究分析了不同无机物含量和不同拉伸工艺条件下固态拉伸自增强复合材料的力学性能、热性能、微观结构和密度，探明了工艺参数与复合材料性能之间的联系。主要工作内容如下: 1.采用模块化设计固态拉伸装置各组成部件，分析确定采用碳纤维红外加热管加热坯料型材以及设计合适拉伸比的固态拉伸口模，搭建固态拉伸自增强实验平台; 2.选择碳酸钙和滑石粉含量分别为30％、35％、40％、45％填充聚丙烯，熔融挤出造粒与成型18mm×12mm的聚丙烯填充复合材料坯料型材;确定了固态拉伸成型中拉伸温度与拉伸速度工艺参数进行实验研究; 3.在给定拉伸速度2.0m/min和拉伸温度140℃条件下，研究了不同无机物及含量对拉伸后的PP/Talc、PP/CaCO3复合材料力学性能、耐热性能、密度和微观结构的影响:无机物含量由30％增加至45％后，固态拉伸前后复合材料的力学性能逐渐降低而密度逐渐增大，固态拉伸后的复合材料维卡软化点随着无机物含量的增加而增大，SEM照片显示固态拉伸后PP/Talc和PP/CaCO3自增强复合材料内部分子链发生高度排列取向，并产生了类似纤维状的结构的纤维束; 4.选择密度降低幅度最大的一组配方为基础，给定拉伸温度为140℃，通过改变拉伸速度工艺条件，探究不同拉伸速度对聚丙烯自增强复合材料的热性能、密度、力学性能以及微观结构的影响;给定拉伸速度2.0m/min，通过改变拉伸温度工艺条件，探究不同拉伸温度对聚丙烯自增强复合材料热性能、密度、力学性能以及微观结构的影响; 5、初步探究了滑石粉和碳酸镁复配填充聚丙烯，制备得到不同碳酸镁含量的PP/(Talc+MgCO3)固态拉伸自增强复合材料，并分析其对复合材料的力学性能和密度的影响。
复合材料;聚丙烯;无机物填充;自增强机理;力学性能
北京化工大学
硕士
机械工程
薛平;陈轲
2020
中文
TQ325.14;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）