玄武岩纤维对黄麻/聚丙烯复合材料性能的影响

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随着世界人口的迅速增长,对材料提出了更高的要求。然而,传统的材料根本满足不了发展的要求,因此,开发新材料是必要的,纤维增强聚合物复合材料就是在这种背景下产生的。现如今最具代表性的增强体是玻璃纤维和碳纤维。因为,玻璃纤维具有较好的机械性能,碳纤维具有较高的热阻性和强度。但是,玻璃纤维对皮肤和呼吸道有刺激性,污染环境,碳纤维成本太高。而天然纤维属于可再生资源,相对于传统增强材料具有成本低,密度低,韧性高,减少皮肤和呼吸道刺激,无污染,良好的热性能,生物降解性等优点。随着人类环境意识的提高,天然纤维复合材料已经受到人们的关注。然而,天然纤维和聚合物基体之间的相容性较差,合成过程中易聚团,易吸潮,极大地限制了天然纤维复合材料的使用。为了解决这些问题,国内外研究人员做了大量的研究。本文采用塑炼机熔融共混的方法制备了黄麻纤维增强聚丙烯复合材料和玄武岩纤维/黄麻纤维增强聚丙烯复合材料,用马来酸酐接枝聚丙烯作为偶联剂,以制备出性能较好的聚丙烯复合材料。通过力学性能测试、DSC测试、吸水性能测试、扫描电镜测试等方法研究了不同处理方法和两种纤维对复合材料结构、力学性能、吸水性能、热性能的作用。结果表明,黄麻纤维/聚丙烯复合材料的拉伸强度、冲击强度和断裂伸长率急剧下降,并随纤维含量的增加而降低。加入马来酸酐接枝聚丙烯后,除了断裂伸长率继续下降之外,拉伸强度和冲击强度都相应地提高,其中,拉伸强度的值超过了纯聚丙烯的值,并随纤维含量的增加而增加。用不同浓度的NaOH溶液处理黄麻纤维后,复合材料的拉伸强度和冲击强度进一步提高,当NaOH溶液的浓度为10%时,拉伸强度最大,当NaOH溶液的浓度为3%时,冲击强度最大。玄武岩纤维的加入再一次提高了复合材料的拉伸强度和冲击强度,断裂伸长率继续降低。SEM测试结果与复合材料力学性能的变化相一致。PP/JF复合材料的界面连接较差,几乎看不到纤维断裂,纤维和聚丙烯之间存在很多缝隙。加入偶联剂后,复合材料界面连接较好,纤维表面发白并且粗糙,几乎看不到缝隙存在。用NaOH处理纤维后,纤维被牢牢地包裹在聚丙烯中。加入玄武岩纤维后,纤维拔出现象较少,玄武岩纤维和黄麻纤维表面粗糙,界面连接较好。黄麻纤维的加入提高了PP的结晶度Xc,且Xc随纤维含量的增加而增加,但是对PP的熔融温度T_m几乎没有影响。偶联剂的加入进一步提高了PP的结晶度,同时也提高了PP的熔融温度。玄武岩纤维的加入降低了PP的结晶度和熔融温度。JF/PP复合材料的吸水性随纤维含量的增加而增加,偶联剂的加入降低了JF/PP复合材料的吸水性,玄武岩纤维的加入再一次降低了复合材料的吸水性。
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