玻璃纤维增强聚丙烯/木粉发泡复合材料的结构和性能研究

摘要

塑性木塑复合材料是一种近年来受到广泛关注，并且发展迅速的经济、环保的新材料。本文研究了注塑发泡的技术，并制备了聚丙烯／木粉发泡复合材料和玻璃纤维／聚丙烯／木粉发泡复合材料。研究其加工工艺、相容剂、成核剂、引发剂过氧化二异丙苯(DCP)／交联剂二乙烯基苯(DVB)、发泡剂和硅烷偶联剂对木粉的表面处理、木粉含量和玻璃纤维含量等对材料的发泡效果、力学性能和聚丙烯结晶等方面的影响。并得到了如下主要结论： 1．注塑得到的PP／木粉发泡复合材料和GF／PP／木粉发泡复合材料均呈现三层式夹层结构：中间层分布着泡孔，以及两个结实无泡孔的外层。在发泡区域和外层之间，分布着一个过渡区。同时，在过渡区内，泡孔沿着熔体流动的方向会产生变形。这种泡孔的变形，随注塑速度的提高而增大； 2．随着注塑流量的增大，PP／木粉发泡复合材料的密度变小，发泡倍率提高，材料的力学性能下降。但发泡材料的综合性能提高了； 3．不同的注塑流量对PP的结晶形态没有影响，都得到Q晶型和β晶型聚丙烯，但注塑流量的增大会使得PP的结晶度略有提高； 4．加入相容剂MAH-PP后，由于木纤维和PP基体的界面结合得到了提高，降低了PP／木粉发泡复合材料的密度，大幅提高了材料的发泡倍率；同时，PP／木粉发泡复合材料的拉伸、弯曲和冲击强度降低了，但拉伸和弯曲模量增大了，并且材料的拉伸和弯曲比强度提高了； 5．随发泡剂用量的增大，PP／木粉发泡复合材料的发泡效果逐步提高。且当发泡剂用量达到0．6％以后，再增加发泡剂用量对材料发泡效果的提高有限。同时，PP／木粉发泡复合材料的力学性能随发泡剂用量的增大而变差，且当发泡剂用量为0．6％时，PP／木粉发泡复合材料的综合性能最佳； 6．与未添加成核剂滑石粉的试样相比较，添加了滑石粉的PP／木粉发泡复合材料的密度有明显的降低。当滑石粉的用量为3％时，材料的发泡效果最佳；此后，再增大滑石粉用量，材料的密度增大，发泡倍率减小。同时，添加了成核剂后，材料的力学性能明显下降。当滑石粉含量达到3％以后，随滑石粉用量的增大，材料的拉伸和弯曲性能随之降低，而冲击性能随之增大而上升。 7．滑石粉的加入未引起PP晶相的明显转变。随滑石粉用量的增加，PP／木粉发泡复合材料中PP的结晶度随之上升。 8．PP交联有利于PP／木粉发泡复合材料获得较低的密度和较高的发泡倍率。且当DVB含量达到1．2％时，可以获得最佳的发泡效果，与未加交联剂的复合材料相比，密度下降了4％，发泡倍率上升了28％。并且从总体上来看，随着交联剂的加入及含量的提高，力学性能随之提高了，这是因为交联PP形成了网络的缘故。 9．随DVB含量的增加，PP／木粉发泡复合材料中PP的结晶度随之下降，说明DVB不利于PP的交联。 10．由于PP和木粉的密度不同，引起了PP／木粉发泡复合材料的密度随木粉含量的增加而增大，且材料的发泡倍率在木粉含量为30％时达到最大。至于材料的力学性能方面，提高木粉含量有利于提高材料的拉伸和弯曲性能，而不利于材料的冲击性能。当木粉含量为30％时，材料的综合性能最佳。 11．由于木粉在PP的结晶过程中充当了成核剂，所以木粉的加入使得PP结晶状态发生了α晶型到β晶型的转变，并且随木粉含量的增大，PP的结晶度也随之增大。 12．适量的相容剂MAH-PP、成核剂滑石粉、交联剂DCP／DVB和木粉表面的硅烷偶联剂处理都能改善GF／PP／木粉发泡复合材料的发泡效果，得到更低的密度和更高的发泡倍率。除添加成核剂滑石粉之外，上述其他各项都能提高材料的力学性能。 13．GF／PP／木粉发泡复合材料的发泡倍率低于PP／木粉发泡复合材料；随着GF含量的增加，GF／PP／木粉发泡复合材料的密度随之增大，但当GF含量由5％增加到15％的过程中，材料的发泡倍率随着GF含量的增大而增大。由于木粉和PP密度的不同使得材料的密度随木粉含量的增加而增大；同时，材料的发泡倍率随木粉含量的增大而增大。 14．随GF含量的增加，材料的拉伸、弯曲和冲击性能都随之提高：同时，拉伸和弯曲性能随木粉含量的增加而提高，但冲击性能却随木粉含量的增大而降低。 15．GF的添加不会使PP结晶的晶型产生变化，但有助于PP结晶度的提高。 16．对于相同质量的试样，提高注塑流量、添加MaH-PP和GF、增大发泡剂用量、PP交联都能使材料的刚度提高。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章注塑工艺对聚丙烯/木粉发泡复合材料的影响

第三章MAH-PP对聚丙烯/木粉发泡复合材料的影响

第四章发泡剂对聚丙烯/木粉发泡复合材料的影响

第五章成核剂对聚丙烯/木粉发泡复合材料的影响

第六章聚丙烯交联对聚丙烯/木粉发泡复合材料的影响

第七章木粉含量对聚丙烯/木粉发泡复合材料的影响

第八章玻璃纤维增强聚丙烯/木粉发泡复合材料

第九章结论及进一步开展的工作

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