竹粉增強聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料的研究.pdf

1、木塑發(fā)泡復(fù)合材料可以克服木塑復(fù)合材料密度大、成本高、韌性低等缺陷，而且具有比強度高、加工性能好、價格低廉等優(yōu)點;在室內(nèi)裝潢、建筑裝飾、包裝運輸、汽車制造業(yè)等領(lǐng)域存在廣闊的發(fā)展前景。論文以竹粉為增強相，以聚丙烯(PP)和高熔體強度聚丙烯(HMSPP)共混塑料為基體、以自制改性AC為發(fā)泡劑，注塑法研發(fā)竹粉增強聚丙烯發(fā)泡復(fù)合材料。
　　 論文研究了PP/HMSPP不同配比對竹粉/PP發(fā)泡復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，篩選出PP與HMSPP配

2、比為80∶20的共混塑料基體。通過熱重-差熱分析，篩選出適合的發(fā)泡劑類型;并對AC發(fā)泡劑進(jìn)行改性，比較了熱平衡型及改性AC發(fā)泡劑對發(fā)泡復(fù)合材料力學(xué)性能、泡孔形態(tài)、加工性能和熱穩(wěn)定性的影響。采用1％改性AC發(fā)泡劑時，發(fā)泡復(fù)合材料的力學(xué)性能最佳，泡孔直徑較小、泡孔形態(tài)分布較為均勻;加工性能和流變性能增強，發(fā)泡復(fù)合材料的表觀黏度對剪切速率的依賴性變小，但粘溫依賴性增大，粘流活化能為46.42KJ/mol，提高了8.9％;對發(fā)泡復(fù)合材料的熱穩(wěn)定

3、性有一定不良影響。
　　 論文研究了MAPP、KH570、TL-4和DN301四種偶聯(lián)劑對竹粉/PP發(fā)泡復(fù)合材料力學(xué)性能、吸水性能、表面潤濕性、加工性能和流變性能以及熱穩(wěn)定性能的影響。經(jīng)偶聯(lián)劑改性后，發(fā)泡復(fù)合材料的吸水性能和表面潤濕性均得到改善。當(dāng)MAPP用量為9％時，發(fā)泡復(fù)合材料的綜合性能最佳，比彎曲、比拉伸和比沖擊強度分別提高了23.1％，9.9％和47.8％;熔體指數(shù)MI由未改性時的2.79g·10min-1增大至3.61

4、g·10min-1;但熱穩(wěn)定性略微下降。其次是KH570，其最佳用量為2％;此時，發(fā)泡復(fù)合材料的強度分別提高了7.1％、5.8％和24.9％;MI降至2.55g·10min-1;且熱穩(wěn)定性下降。再次是TL-4，其最佳用量為1％，發(fā)泡復(fù)合材料的比強度分別提高了11.7％、10.5％和16.9％;MI增至4.50g·10min-1。最后是DN301，其最佳用量為2％，比強度分別提高了9.6％、6.8％和11.8％;MI增至3.97g·10m

5、in-1;熱穩(wěn)定性略微增強。
　　 本文研究了偶聯(lián)劑類型及用量對竹粉/PP發(fā)泡復(fù)合材料動態(tài)流變性能的影響。通過計算低頻區(qū)lgG'-lgf曲線的斜率，衡量改性前后發(fā)泡復(fù)合材料的均相性;采用Cross方程擬合復(fù)合材料黏度和頻率之間的關(guān)系，利用頻率水平平移因子α(wt％)，實現(xiàn)不同固體粒子填充材料之間線性粘彈性的轉(zhuǎn)換;結(jié)合Han曲線、Cole-Cole圖側(cè)面反應(yīng)了改性前后發(fā)泡復(fù)合材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、松弛過程的變化;通過冪律方程計算非牛頓指數(shù)

6、，探討了偶聯(lián)劑對發(fā)泡復(fù)合材料流體行為的影響。竹粉/PP發(fā)泡復(fù)合材料的模量和復(fù)數(shù)黏度隨著偶聯(lián)劑用量的增加均呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢，且總體下降;且均相性提高。9％MAPP、2％KH570、1％TL-4和2％DN301改性發(fā)泡復(fù)合材料的低頻區(qū)lgG'-lgf曲線的斜率由未改性時的0.709分別增至0.782、0.758、0.842和0.811。添加偶聯(lián)劑不會改變竹粉/PP發(fā)泡復(fù)合材料的非牛頓假塑性流體特征，隨著MAPP用量的增加，發(fā)泡復(fù)合材料

7、的牛頓性增強;隨著KH570用量的增加，發(fā)泡復(fù)合材料的假塑性增強;隨著TL-4用量的增加，發(fā)泡復(fù)合材料的非牛頓指數(shù)先增大后減小;而DN301對發(fā)泡復(fù)合材料非牛頓指數(shù)的影響很小。
　　 采用環(huán)境掃描電鏡觀察改性前后竹粉/PP發(fā)泡復(fù)合材料的斷面形態(tài);用傅里葉紅外光譜分析改性前后竹粉的基團(tuán)變化;用X-射線光譜分析改性前后發(fā)泡復(fù)合材料表面的元素和基團(tuán)變化，用X-射線衍射分析改性前后發(fā)泡復(fù)合材料晶體形態(tài)和結(jié)晶度變化，較為深入地研究了界面改

8、性及其化學(xué)鍵結(jié)合機理。MAPP中的馬來酸酐可與竹粉中的羥基發(fā)生酯化反應(yīng);從而改善竹粉和PP的界面結(jié)合力;硅醇與竹粉在加熱過程中可形成-Si-O-C鍵;TL-4可與竹粉反應(yīng)引入羧基等有機官能團(tuán);從而對竹粉表面起到“修飾”作用。偶聯(lián)劑不會影響基體的晶態(tài)結(jié)構(gòu)，均為α-晶形PP;但發(fā)泡復(fù)合材料的結(jié)晶度增大，未改性時發(fā)泡復(fù)合材料的結(jié)晶度為21.05％;經(jīng)MAPP改性，結(jié)晶度增至31.52％。
　　 論文采用單因素實驗，優(yōu)化注塑工藝為:注塑

9、溫度175℃-190℃、模具溫度90℃;注塑壓力4.5MPa-6.5MPa;注射速度40mm/s-70mm/s。同時，竹粉用量為50份時，發(fā)泡復(fù)合材料的綜合性能最佳。采用9％MAPP、1％改性AC發(fā)泡劑、竹粉用量為50份時，發(fā)泡復(fù)合材料的平均泡孔直徑為81.3μm，泡孔密度為2.66×107個/cm3;接近微孔發(fā)泡的要求;發(fā)泡復(fù)合材料的密度為0.845g·cm-3、彎曲模量為2813.31MPa、比彎曲強度、比拉伸強度和比沖擊強度分別為

10、47.59MPa、26.12MPa和7.22KJ·m-2;與未發(fā)泡復(fù)合材料相比，密度下降了16.1％、比強度提高了16.8％-40.2％，且耐熱性能也略微提高。同時，建立了表征材料表面動態(tài)潤濕性的數(shù)學(xué)模型，采用系數(shù)K評價了竹粉用量和偶聯(lián)劑對發(fā)泡復(fù)合材料表面潤濕性的影響，當(dāng)竹粉用量為50份、添加9％MAPP時，蒸餾水和甘油中的初始接觸角分別為88.5°和91.5°，接觸角衰減速率K值分別為0.0071和0.0119，表面自由能為34.19

11、mJ·m-2。
　　 論文采用旋轉(zhuǎn)流變儀，研究了竹粉用量對竹粉/PP發(fā)泡復(fù)合材料流變性能的影響。發(fā)泡復(fù)合材料在低頻區(qū)出現(xiàn)“似固體行為”;儲能模量、損耗模量和復(fù)數(shù)黏度隨著竹粉用量的增加逐漸增大;竹粉用量為10份和30份時，損耗角正切值tanδ略微增加，而隨著竹粉用量的繼續(xù)增加，tanδ不斷降低。發(fā)泡復(fù)合材料的零剪切黏度隨著竹粉用量增加不斷增大，Cross特征松弛時間λ也逐漸增大，而Cross速率常數(shù)和非牛頓指數(shù)基本呈減少趨勢。

12、r>　　 論文研究了滑石粉、聚烯烴彈性體POE和POE-g-MAH三種增韌填料對發(fā)泡復(fù)合材料力學(xué)性能、加工性能、流變性能和熱穩(wěn)定性能的影響。當(dāng)竹粉用量為50份、MAPP為9％、改性AC為1％時，添加8％POE-g-MAH增韌的竹粉/PP發(fā)泡復(fù)合材料的綜合性能最佳，其力學(xué)性能可滿足代替PP塑料應(yīng)用于汽車內(nèi)飾件的要求。此時，發(fā)泡復(fù)合材料的密度為0.849g·cm-3，比彎曲強度為45.72MPa、彎曲模量為3019.91MPa、比拉伸強度

13、為25.22MPa、比缺口沖擊強度為10.07KJ·m-2、維卡軟化點溫度為155.8℃;MI為3.69g·10min-1，能較好地注塑成型;且對發(fā)泡復(fù)合材料熱穩(wěn)定性基本沒有影響;但表觀黏度對剪切速率較為敏感。
　　 論文比較了人工加速老化和自然氣候老化對添加及未添加老化劑的竹粉/PP發(fā)泡復(fù)合材料材色、尺寸、質(zhì)量、彎曲性能、拉伸性能、沖擊強度以及蠕變性能的影響，分別采用四元件和六元件模型模擬發(fā)泡復(fù)合材料在25％、50％和75％應(yīng)

14、力水平下的短期蠕變行為。通過添加抗氧化劑B225和抗紫外線劑UV770，可以改善發(fā)泡復(fù)合材料的耐老化性能;但是，加速老化和自然老化2160h后，其產(chǎn)生的色差仍分別為47和2.8，沖擊強度分別下降25.3％和9.2％，拉伸強度略微增強了1.3％和6.0％;加速老化導(dǎo)致彎曲性能下降13％，自然老化對彎曲性能影響不大;歷時5400s蠕變試驗后，產(chǎn)生蠕變應(yīng)變增大了約1.2倍;剩余抗彎性能保留率分別為91.97％-97.70％和92.66％-98