四種天然纖維增強聚丙烯復合材料的性能研究.pdf

1、本文以四種天然植物纖維(蔗渣、松木、稻草、稻殼)作為增強劑,以回收的聚丙烯(PP)塑料作為熱塑性聚合物基體,添加馬來酸酐接枝聚丙烯(MAPP)作為偶聯劑,SEBS(聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯)作為增韌劑,通過注射成型工藝制成天然纖維/PP復合材料,研究纖維種類及偶聯劑對天然纖維復合材料性能的影響。測試復合材料的拉伸強度、彎曲強度和沖擊性能等靜態(tài)力學性能以及動態(tài)力學性能;利用菲克定律計算水分在復合材料中的擴散系數,研究復合材料的耐

2、水性能;利用熱重分析(TGA)研究了天然纖維復合材料的熱解過程及熱穩(wěn)定性能,并利用F-W-O和Kissinger兩種方法計算復合材料的表觀活化能;采用XRD和差示量熱掃描(DSC)技術研究纖維種類和偶聯劑對PP基復合材料的非等溫結晶行為的影響。主要結論如下:
　　(1)天然纖維的加入使得復合材料的靜態(tài)力學強度除抗拉強度外都有所提高。并且拉伸模量增加顯著(是純PP的4.0~5.3倍),而彎曲模量下降了38.1％~54.9%。PP/蔗

3、渣有最大的抗拉強度(23.07MPa)和拉伸模量(4.22GPa);PP/稻草的抗彎強度最大(34.94MPa);而PP/稻殼有最大的彎曲模量(3.95GPa)。MAPP的加入也使復合材料的力學性能明顯提高。
　　(2)隨著測試溫度的增加,復合材料的儲能模量降低。在73~77℃之前下降較快,之后逐漸變緩。主要是因為73~77℃達到了PP基體的熱變形溫度,但還遠不及天然纖維的熱穩(wěn)定溫度。復合材料的損耗因子隨溫度的上升先緩慢增加,之后

4、快速下降。四種PP基復合材料的玻璃化轉變溫度(Tg)為50~60℃。
　　(3)四種天然纖維/PP復合材料的水分擴散系數范圍在(0.96~1.79)×10-10m2/h。添加了天然纖維之后,材料的吸水性大幅提升。PP/稻草、PP/松木、PP/蔗渣、PP/稻殼復合材料的終含水率逐漸減小,從8.14%減小到4.18%;水分擴散系數Dm也不斷降低。四種復合材料的耐水性依次為:PP/稻殼>PP/蔗渣>PP/松木>PP/稻草。MAPP和SE

5、BS的添加使復合材料的吸水性降低,終含水率下降了12.9%,水分擴散系數Dm也下降了12.4%。說明添加偶聯劑之后,天然纖維復合材料的耐水性提高。
　　(4)用F-W-O和Kissinger兩種方法計算了四種PP基復合材料的表觀活化能。復合材料的降解曲線分為兩個部分,天然纖維的降解(230℃~370℃)和PP及部分木質素的降解(300℃~490℃)。MAPP的添加使復合材料的熱降解峰值溫度從472℃升高到484℃。四種天然纖維復合

6、材料的熱降解溫度區(qū)間為460℃~480℃。F-W-O法計算的四種復合材料的表觀活化能為196.7kJ/mol~213.8kJ/mol。Kissinger法計算得到的表觀活化能為184.5kJ/mol~274.9kJ/mol。并且得出四種材料的熱穩(wěn)定性為:PP/稻殼>PP/稻草>PP/松木>PP/蔗渣。
　　(5)添加四種天然纖維后,復合材料的相對結晶度分別增加了88.8%、87.8%、36.5%和27.0%,并且熱解特征溫度都變大