剪切增稠、改性苧麻增強(qiáng)復(fù)合材料的制備及其抗沖擊性能研究.pdf

1、近年來(lái)，高新技術(shù)的飛速發(fā)展，復(fù)合材料應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。但隨著石油等化石資源的減少和人類的環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，新型的可降解環(huán)境友好型復(fù)合材料已成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料廣泛應(yīng)用在汽車上，由過(guò)去應(yīng)用在汽車內(nèi)飾方面漸漸發(fā)展應(yīng)用于汽車外部部件，并且已經(jīng)開(kāi)始嘗試應(yīng)用在汽車結(jié)構(gòu)承載件，這就對(duì)天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能如拉伸、彎曲、沖擊等要求越來(lái)越高。因此，本課題對(duì)苧麻增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料的力學(xué)相關(guān)性能進(jìn)行研究，為天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在汽

2、車領(lǐng)域應(yīng)用提供一定的理論支持和參考依據(jù)。
　　本課題基于前期研究基礎(chǔ)上，以苧麻織物為增強(qiáng)體、聚乳酸為樹(shù)脂基體，對(duì)苧麻織物表面采用堿處理、硅烷偶聯(lián)劑(KH550)處理、交變處理、等離子體處理等不同方式的改性處理;制備與優(yōu)化剪切增稠液-苧麻織物復(fù)合工藝，并對(duì)剪切增稠液-苧麻復(fù)合織物進(jìn)行測(cè)試表征;并在平面與厚度方向進(jìn)行不同角度、不同厚度增強(qiáng)體復(fù)合形式設(shè)計(jì);優(yōu)化模壓成型工藝制備苧麻增強(qiáng)聚乳酸復(fù)合材料;進(jìn)行基本力學(xué)性能測(cè)試和抗沖擊性能測(cè)試。

3、主要得到以下結(jié)論:
　　(1)混合制得的剪切增稠液譜圖中沒(méi)有新的特征吸收峰出現(xiàn)，制備的剪切增稠液是一個(gè)沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定體系。苧麻織物與剪切增稠液復(fù)合后，苧麻纖維被納米二氧化硅均勻包覆，苧麻織物表面被大量的二氧化硅顆粒附著、填充。隨著剪切增稠液濃度增加，剪切增稠-苧麻復(fù)合織物增重率、厚度均增加，厚度增加效果不明顯，復(fù)合織物透氣率降低。
　　(2)苧麻織物經(jīng)過(guò)剪切增稠液浸漬處理后，隨著濃度增加，復(fù)合織物的交織阻力增加，二者

4、之間呈較好的正相關(guān)。與原樣相比，復(fù)合織物斷裂強(qiáng)力增大，斷裂伸長(zhǎng)減小，并且斷裂強(qiáng)力隨浸漬處理濃度增大而增大。低速拉伸下斷裂強(qiáng)力增速緩慢，高速拉伸下增加效果明顯。剪切增稠抗快速拉伸變形效果明顯，浸漬處理濃度大，填充的二氧化硅顆粒更多，效果更加明顯。
　　(3)利用正交試驗(yàn)法，選用L9(34)正交表，采用極差分析法，以力學(xué)性能為評(píng)價(jià)指標(biāo)，并結(jié)合復(fù)合材料表面、截面形貌分析，經(jīng)驗(yàn)證后確定模壓工藝參數(shù)為模壓溫度170℃，模壓壓力為7MPa，模

5、壓時(shí)間為40min。在模具中添加墊片后，復(fù)合材料試樣表觀得到較高程度的改善。根據(jù)復(fù)合材料制備要求選擇合適厚度不銹鋼墊片較為關(guān)鍵。
　　(4)拉伸與彎曲性能方面，不同處理方式統(tǒng)一比較分析，可以得出經(jīng)過(guò)濃度為5wt％堿+5wt％KH550交變處理后制得的復(fù)合材料拉伸與彎曲性能最優(yōu)，并且拉伸斷裂方式均為韌性斷裂。
　　(5)抗沖擊性能方面:對(duì)單一因素處理下，堿處理的濃度為5％時(shí);KH550濃度為5％時(shí);壓強(qiáng)設(shè)定為30Pa，功率設(shè)定

6、為120W，等離子體處理時(shí)間為4min時(shí)，制備的復(fù)合材料沖擊性能分別最優(yōu)。多因素交變處理下，當(dāng)濃度為5wt％堿+5wt％KH550時(shí)，復(fù)合材料沖擊韌性分別提高了54.4KJ.m-2。與單一因素處理苧麻織物相比，交變處理后復(fù)合材料沖擊韌性提高明顯。經(jīng)過(guò)剪切增稠浸漬復(fù)合處理后，制得的復(fù)合材料沖擊韌性較原樣有明顯提高，并且復(fù)合材料的沖擊韌性隨著剪切增稠液濃度增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。
　　(6)厚度方向上，隨著苧麻織物增強(qiáng)體層數(shù)增加，