四种天然纤维增强聚丙烯复合材料的性能研究

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1、分类号TS653密级UDC674硕士学位论文四种天然纤维增强聚丙烯复合材料的性能研究作者姓名：沈钰程指导教师：李延军教授吴清林教授学科专业名称：木材科学与技术研究方向：木材科学与材质改良所在学院：工程学院论文提交日期：2014年6月3日浙江农林大学2014年6月3日ZhejiangA&FUniversityDissertationfortheDegreeofMasterStudyonPropertiesofFourNaturalFibersReinforcedPolypropyleneCompositesCandid

2、ate:SHENYu-chengAdviser:LIYan-jun,ProfessorAssociateSupervisor:WUQing-lin,ProfessorSpecialty:WoodScienceandTechnologyDateofSubmission:June3,2014ZhejiangA&FUniversityLin’an,zhejiangprovince,P.R.ChinaJune,2014摘要摘要本文以四种天然植物纤维（蔗渣、松木、稻草、稻壳）作为增强剂，以回收的聚丙烯（PP）塑料作为热塑性聚合

3、物基体，添加马来酸酐接枝聚丙烯（MAPP）作为偶联剂，SEBS（聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯）作为增韧剂，通过注射成型工艺制成天然纤维/PP复合材料，研究纤维种类及偶联剂对天然纤维复合材料性能的影响。测试复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击性能等静态力学性能以及动态力学性能；利用菲克定律计算水分在复合材料中的扩散系数，研究复合材料的耐水性能；利用热重分析（TGA）研究了天然纤维复合材料的热解过程及热稳定性能，并利用F-W-O和Kissinger两种方法计算复合材料的表观活化能；采用XRD和差示量热扫描（DSC）技

4、术研究纤维种类和偶联剂对PP基复合材料的非等温结晶行为的影响。主要结论如下：（1）天然纤维的加入使得复合材料的静态力学强度除抗拉强度外都有所提高。并且拉伸模量增加显著（是纯PP的4.0~5.3倍），而弯曲模量下降了38.1%~54.9%。PP/蔗渣有最大的抗拉强度（23.07MPa）和拉伸模量（4.22GPa）；PP/稻草的抗弯强度最大（34.94MPa）；而PP/稻壳有最大的弯曲模量（3.95GPa）。MAPP的加入也使复合材料的力学性能明显提高。（2）随着测试温度的增加，复合材料的储能模量降低。在73~77℃之前

5、下降较快，之后逐渐变缓。主要是因为73~77℃达到了PP基体的热变形温度，但还远不及天然纤维的热稳定温度。复合材料的损耗因子随温度的上升先缓慢增加，之后快速下降。四种PP基复合材料的玻璃化转变温度（Tg）为50~60℃。（3）四种天然纤维/PP复合材料的水分扩散系数范围在（0.96~1.79）×10-10m2/h。添加了天然纤维之后，材料的吸水性大幅提升。PP/稻草、PP/松木、PP/蔗渣、PP/稻壳复合材料的终含水率逐渐减小，从8.14%减小到4.18%；水分扩散系数Dm也不断降低。四种复合材料的耐水性依次为：PP

6、/稻壳＞PP/蔗渣＞PP/松木＞PP/稻草。MAPP和SEBS的添加使复合材料的吸水性降低，终含水率下降了12.9%，水分扩散系数Dm也下降了12.4%。说明添加偶联剂之后，天然纤维复合材料的耐水性提高。（4）用F-W-O和Kissinger两种方法计算了四种PP基复合材料的表观活化能。复合材料的降解曲线分为两个部分，天然纤维的降解（230℃~370℃）和PP及部分木质素的降解（300℃~490℃）。MAPP的添加使复合材料的热降解峰值温度从472℃升高到484℃。四种天然纤维复合材料的热降解温度区间为460℃~48

7、0℃。F-W-O法计算的I四种天然纤维增强聚丙烯复合材料的性能研究四种复合材料的表观活化能为196.7kJ/mol~213.8kJ/mol。Kissinger法计算得到的表观活化能为184.5kJ/mol~274.9kJ/mol。并且得出四种材料的热稳定性为：PP/稻壳＞PP/稻草＞PP/松木＞PP/蔗渣。（5）添加四种天然纤维后，复合材料的相对结晶度分别增加了88.8%、87.8%、36.5%和27.0%，并且热解特征温度都变大，聚合物的熔融时间缩短。偶联剂的添加使得PP基复合材料的吸热峰温度降低，缩短了熔融时间，

8、也使相对结晶度降低了15.3%~22.2%，此外还有效提高PP基复合材料的界面相容性，在这方面MAPP要优于SEBS。关键词：天然纤维/PP复合材料；偶联剂；力学性能；热降解行为；结晶行为IIABSTRACTABSTRACTThispaperstudiedtheeffectoffibertypesandcouplingagentsonthepr