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本文采用自制超分散剂对剑麻纤维进行表面处理,通过熔融共混-模压成型法制备SF/PP木塑复合材料,研究了剑麻表面处理方法、剑麻含量及与玻璃纤维(GF)混杂的用量对复合材料结构和性能的影响。采用FTIR、WAXD、TG、DSC、SEM等测试手段对复合材料的的结构和性能进行表征,通过试验得出以下主要研究成果:
1.所合成超分散剂作用机理是通过分子上的-OH、-SO3H、COO-等锚固基团与SF表面上的-OH形成氢键和共价键,起“分子桥”的作用;而超分散剂中的柔性链能与PP较好的相容,从而改善了SF/PP复合材料的界面相容性。
2.SF/PP复合材料的力学性能表明:经超分散剂处理后的SF能有效提高复合材料的力学性能,当SF含量为20wt%时,复合材料的冲击强度达22.09kJ.m-2,比碱处理的提高了40.0%;弯曲强度等得到相应提高。
3.复合材料热性能的研究结果表明:复合材料的最大热分解温度随SF含量的增加逐渐增大,热稳定性均优于纯PP。同时PP的结晶度也有所提高;GF的加入不仅提高了SF/GF/PP复合材料的热分解温度,也提高了PP相的结晶速率和结晶度。
4.摩擦磨损、热氧老化和浸水试验研究表明:SF经超分散剂处理后,在含量为30wt%时,复合材料的比磨率最小,耐磨性最佳;当SF含量为50wt%时,复合材料经熟氧老化16d后,其冲击强度和弯曲强度下降幅度最大,分别达10.18 kJ.m-12和3.88MPa,各自保持率为68.3%和78.3%。在相同SF含量下,复合材料浸水8d后,其冲击强度和弯曲强度下降幅度也最大,分别达9.88 kJ.m-2和21.02MPa,与未浸水的相比,下降了33.7%和51.4%,吸水率和吸水厚度膨胀率达最大值6.44%和5.26%。
5.WAXD研究分析表明:SF表面处理方法和SF含量以及GF的加入均不会改变基体树脂PP的晶态结构,复合材料中的PP仍以α-晶型为主。
6.SEM形貌分析表明:超分散剂处理的SF能很好地被PP树脂包覆,使纤维与树脂间的粘合力提高,且改变了SF/PP复合材料的断裂方式,表明超分散剂能进—步提高SF与PP的界面相容性;随着SF含量的增加,冲击断面出现的聚集现象加剧,材料断裂所拔出留下的空穴增多,从而影响了材料的力学性能:GF在PP树脂中均匀分散,与SF.弹性体共同延缓裂纹扩展,达到协同增韧的效果:而水分子进入树脂空隙和微孔,可形成新的微孔和裂缝,导致复合材料的基体被破坏,复合材料力学性能降低。
7.磨损表面的SEM分析表明:纯PP树脂的摩擦以磨粒磨损和粘着磨损为主;SF/PP复合材料磨损以磨粒磨损为主;SF/GF/PP复合材料的磨损是磨粒磨损和粘着磨损相互作用的结果。