本文關(guān)鍵詞：纖維表面處理對(duì)苧麻增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料界面性能及老化性能的影響

  更多相關(guān)文章： 等離子體處理 界面改性 力學(xué)性能 復(fù)合材料 水老化

【摘要】：玻璃纖維復(fù)合材料雖然由于力學(xué)性能優(yōu)良、成本較低等優(yōu)勢(shì)而得到廣泛應(yīng)用,但也造成了一些環(huán)境問題。在玻璃纖維的生產(chǎn)過程中存在著耗能大的問題,在其廢棄后也給生態(tài)環(huán)境帶來沉重的負(fù)擔(dān)。在世界各國倡導(dǎo)低碳環(huán)保的今天,環(huán)境友好的天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的發(fā)展已經(jīng)成為一個(gè)必然的趨勢(shì)。由于天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的天然纖維與樹脂間的粘合性能差,本文主要針對(duì)苧麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的界面性能。通過乙醇預(yù)處理和常壓等離子體處理對(duì)苧麻纖維進(jìn)行表面改性,從而改善復(fù)合材料的界面性能。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了復(fù)合材料的水老化性能,并建立模型對(duì)界面破壞機(jī)理進(jìn)行探討。具體研究內(nèi)容如下:(1)本文對(duì)苧麻纖維進(jìn)行不同功率的等離子體處理。苧麻纖維經(jīng)過乙醇預(yù)處理后,分別用120 W,140 W,160 W的等離子體進(jìn)行處理。測(cè)試并比較處理前后的單纖維強(qiáng)度和水接觸角,數(shù)據(jù)表明,處理后的纖維強(qiáng)度無明顯變化,纖維表面由親水變?yōu)槭杷�。通過環(huán)境掃描電鏡(ESEM)觀察處理前后表面形貌的變化,可以明顯看到等離子體處理后的纖維表面凹坑和碎片變多,且處理功率越大,表面越粗糙。采用X射線光電子能譜分析(XPS)表面化學(xué)元素及化學(xué)鍵的變化,處理過后的纖維o/c明顯下降,而且c-c鍵含量明顯增加,c-o鍵和c=o鍵減少。(2)將不同功率等離子體處理的苧麻纖維用液滴包埋纖維法制成苧麻/pp(聚丙烯)微復(fù)合材料。優(yōu)化了微滴抽拔時(shí)的拉伸速率,數(shù)據(jù)表明,拉伸速率為5mm/min時(shí),拉伸力值比較穩(wěn)定。通過掃描電鏡(sem)表征微滴抽拔前后界面形貌,通過界面剪切強(qiáng)度(ifss)來表征復(fù)合材料界面力學(xué)性能。結(jié)果表明,120w等離子體處理組的ifss相對(duì)于未處理組提高了30%,提升最為顯著,而140w和160w處理后的樣品提升不明顯。sem的分析也表明,120w處理的纖維脫粘后的表面有樹脂殘留,其余組的纖維脫粘后表面相對(duì)光滑,此結(jié)果與上述ifss的結(jié)果相符。(3)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)論,選用120w的等離子體處理苧麻纖維,比較處理組和未處理組在40℃的水老化后的性能。兩組材料的ifss在15min后均劇烈下降,時(shí)間愈長下降愈明顯,并在一定時(shí)間后趨于穩(wěn)定。這說明復(fù)合材料在吸水過程中界面逐漸破壞,纖維也開始慢慢降解。(4)建立復(fù)合材料界面破壞的模型,并采用上述水老化的實(shí)驗(yàn)參數(shù),推導(dǎo)出界面破壞的纖維臨界吸水率,計(jì)算結(jié)果得出當(dāng)纖維吸水率達(dá)到65.65%時(shí),界面被破壞。綜合本文的研究結(jié)果,乙醇預(yù)處理及等離子體處理技術(shù)能有效改善苧麻/pp復(fù)合材料的界面性能,功率在120w時(shí),ifss提高可達(dá)到30%,通過sem對(duì)纖維抽拔后的觀察,結(jié)果與ifss結(jié)果相符;此外,IFSS的值在水老化15 min后顯著下降并最終趨于穩(wěn)定;通過提取水老化參數(shù),代入所建界面破壞模型,推導(dǎo)出當(dāng)纖維吸水率達(dá)到65%時(shí),界面被破壞。本文的研究內(nèi)容對(duì)天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的界面及老化的研究提供了新的思路和方法,同時(shí)也為此領(lǐng)域的研究提供了一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：等離子體處理 界面改性 力學(xué)性能 復(fù)合材料 水老化
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB332
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-21
• 1.1 引言10
• 1.2 天然纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料10-15
• 1.2.1 天然纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的特點(diǎn)11-12
• 1.2.2 天然纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的分類12-14
• 1.2.3 天然纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的成型工藝14-15
• 1.3 天然纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的發(fā)展與應(yīng)用15
• 1.4 苧麻增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料15-18
• 1.4.1 苧麻增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的特點(diǎn)15-16
• 1.4.2 苧麻增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的界面性能16-17
• 1.4.3 苧麻增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.5 本課題的研究目的和意義18-19
• 1.6 本課題研究的主要內(nèi)容19-21
• 第二章 苧麻纖維的表面處理21-36
• 2.1 實(shí)驗(yàn)部分21-27
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料21
• 2.1.2 樣品制備及常壓等離子體（APPJ）處理21-23
• 2.1.3 苧麻單纖維強(qiáng)度測(cè)試23-25
• 2.1.4 環(huán)境掃描電鏡（ESEM）測(cè)試25-26
• 2.1.5 X射線光電子能譜（XPS）測(cè)試26
• 2.1.6 潤濕性測(cè)量26-27
• 2.1.7 數(shù)據(jù)分析27
• 2.2 結(jié)果與討論27-34
• 2.2.1 苧麻單纖維強(qiáng)度分析27-29
• 2.2.2 SEM分析29-30
• 2.2.3 XPS分析30-32
• 2.2.4 纖維表面潤濕性分析32-34
• 2.3 本章小結(jié)34-36
• 第三章 等離子體處理對(duì)苧麻/PP界面性能的影響36-46
• 3.1 拉伸速率的選取36-40
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料36
• 3.1.2 微球樣品準(zhǔn)備36-38
• 3.1.3 微球脫粘實(shí)驗(yàn)38
• 3.1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論38-40
• 3.2 不同功率APPJ處理的苧麻纖維微復(fù)合材料的抽拔實(shí)驗(yàn)40-45
• 3.2.1 樣品制備及APPJ處理40
• 3.2.2 IFSS的計(jì)算40-41
• 3.2.3 SEM分析41-42
• 3.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論42-45
• 3.3 本章小結(jié)45-46
• 第四章 苧麻增強(qiáng)聚丙烯微復(fù)合材料的水老化及模型建立與驗(yàn)證46-54
• 4.1 微復(fù)合材料的水老化實(shí)驗(yàn)46-48
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料46
• 4.1.2 樣品制備及水浴老化46-47
• 4.1.3 IFSS測(cè)試與分析47-48
• 4.2 界面破壞模型的建立與驗(yàn)證48-53
• 4.2.1 界面破壞模型的建立48-53
• 4.2.2 界面破壞模型的驗(yàn)證53
• 4.3 本章小結(jié)53-54
• 第五章 結(jié)論與展望54-56
• 5.1 本文主要結(jié)論54-55
• 5.2 后續(xù)研究展望55-56
• 參考文獻(xiàn)56-59
• 攻讀學(xué)位期間研究成果59-60
• 致謝60

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本文編號(hào)：624589