复合材料的力学性能.ppt

表面改性剂对植物纤维/ 聚丙烯复合材料力学性能的影响
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采用不同的表面改性剂(苯甲酸、硬脂酸、有机硅烷) 对植物纤维/ 聚丙烯复合体系进行了处理,研究了表面改性剂对体系力学性能的影响规律,探讨了复合材料界面粘接机理,分表面改性剂对植物纤维/ 聚丙烯复合材料力学性能的影响
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采用不同的表面改性剂(苯甲酸、硬脂酸、有机硅烷) 对植物纤维/ 聚丙烯复合体系进行了处理,研究了表面改性剂对体系力学性能的影响规律,探讨了复合材料界面粘接机理,分析了力学性能的变化规律。研究结果表明,苯甲酸的加入可以使复合材料的拉伸强度有较大提高,但冲击强度下降;经硬脂酸处理的复合材料,其冲击强度有明显提高;经有机硅烷处理的复合材料,拉伸强度及冲击强度均有所提高。
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以天然植物纤维与热塑性树脂混合制备的复合材料具有质量轻,加工性能好的特点,在许多领域有着广泛的应用前景。植物纤维价廉易得,具有较大的强度,刚度和耐热性。作为天然材料,植物纤维还可被生物降解,植物纤维/ 热塑性树脂复合材料也因此具备一定的环境相容性,是一条减轻目前“白色污染”的可行途径。因此,对植物纤维/ 聚丙烯复合材料的研究有着很重要的理论意义和实用价值。由于植物纤维分子结构中含有大量的羟基,极性较强,与非极性的聚丙烯混合时相互作用力很小,界面结合力差,会影响复合材料的力学性能。故必须使用表面改性剂对材料进行改性,以提高两种材料的界面结合力。
复合材料的特点
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选择苯甲酸、硬脂酸和有机硅烷为表面改性剂来改善植物纤维和聚丙烯的粘接性,并探讨不同表面改性剂对复合材料性能的影响。
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1 　试验部分
111 　原材料
植物纤维(自制) 聚丙烯 苯甲酸 硬脂酸 NaOH
112 　试验仪器
塑料注射机,M22025521 型, 英国;高速混合机,GH2100Y型, 北京市塑料机械厂;简支梁冲击试验机, XCJ24 型,承德市材料试验机厂; 材料拉伸试验机, Inst ron21185 型,英国。
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113 　植物纤维的制备
将秸杆粉放入715 %的NaOH 溶液中浸泡48 h后,分离出纤维并冲洗,再经漂白后水洗至中性,最后用烘箱烘干制得植物纤维。
114 　复合材料的制备
按以下工艺流程制备植物纤维/ 聚丙烯复合材料。
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5 .性能测试
用Inst ron21185 型材料试验机按GB1040 —79测定复合材料的拉伸强度;
用XCJ24 型冲击试验机
按GB1043 —79 测定复合材料的冲击强度。测试温度为25 ℃,湿度为50 %。
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2 　结果与讨论
要使植物纤维/ 聚丙烯复合材料具备良好的力学性能,首先要解决好两者之间相容性的问题。由于植物纤维有较强的极性,使其与非极性聚丙烯的界面润湿性、界面粘合性极差,因而未经表面处理的
植物纤维与聚丙烯复合材料的机械强度很低,无使用价值。所以,选择不同的表面改性剂对植物纤维进行表面改性,增加其与聚丙烯的相容性,是使复合材料的力学性能得以显著改善的重要措施。为此,
选择了苯甲酸、硬脂酸及有机硅(A151) 3 种表面
改性剂对植物纤维进行表面改性,并对改性效果进
行了比较与探讨(植物纤维在聚丙烯中的含量均为
30 %(质量分数) ) 。
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211 　苯甲酸含量对复合材料力学性能的影响从下图中可知,复合材料的拉伸强度随苯甲酸含量的增加而增大,而冲击强度随苯甲酸的含量增大而减小。这主要是因为加入苯甲酸之后,羧酸根( —COOH) 有助于减少纤维的羟基( —OH) 数目,使羟基发生酯化反应,减低了纤维的极性与吸湿性,从而提高了植物纤维与聚丙烯的相容性,促使两者的界面有更好的接触,当材料受拉伸时纤维增强作用会加强,有助于提高复合材料的拉伸强度。同时,由于苯甲酸中带有苯环,苯环主要与聚丙烯无定性区域相结合,由于其体积位阻效应会阻碍无定性区域内分子的运动,这样就会使得复合材料的韧性有所减弱,表现为复合材料的冲击强度有所下降。另外,由于苯环的引入,将会有助于提高复合材料的热稳定性[2 ] 。
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苯甲酸含量对复合材料拉伸性能和冲击性能的影响
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硬脂酸含量对复合材料力学性能的影响
下图分别表示了在复合材料中加入了硬脂酸之后,其拉伸性能和冲击性能的变化。从图 中可知,复合材料的拉伸性能随硬脂酸含量的增加变化不
大,而冲击性能则随硬脂酸含量的增加而增大。这
表明,硬脂酸的羧基与植物纤维中的羟基发生酯化
反应后,使纤维与聚丙烯具有了良好的相容性,有利于植物纤维在聚丙烯中的分散。另外,与苯甲酸不同的是,硬脂酸具有较长的碳链结