化学发泡剂含量对秸秆纤维/聚丙烯复合材料性能的影响机理

目的 揭示发泡剂含量对微发泡注塑成型秸秆纤维/聚丙烯复合材料(SF/PP)密度及力学性能的影响规律,提供制备低密度高性能SF/PP材料的发泡剂用量工艺参考。方法 以偶氮二甲酰胺(AC)为化学发泡剂,制备了注塑发泡SF/PP,利用扫描电子显微镜、电子万能实验机和红外光谱测试等手段,分析了不同发泡剂含量下SF/PP的拉伸、弯曲、冲击性能、泡孔微观形貌和分布以及复合材料红外光谱图,通过实验对比分析了不同发泡剂含量下材料性能的变化规律。结果 当AC含量增加时,微发泡SF/PP的密度先降低后升高,冲击强度则先升高后降低,拉伸和弯曲强度为逐渐降低。当AC的质量分数为4%时,微发泡SF/PP的综合性能最佳,泡孔结构最好;微发泡(SF/PP)红外光谱图结果显示,在3420cm^-1处的—OH伸缩振动峰强度高于未发泡复合材料的,这表明秸秆纤维表面极性增大,秸秆纤维与树脂之间的结合性变差,导致微发泡SF/PP的拉伸强度低于未发泡材料的。结论 适当增加AC含量可使复合材料获得微小、致密的泡孔微观结构,降低材料密度,提升产品的力学性能;但当AC含量过多时,泡孔坍塌会使泡孔直径增大、泡孔结构...     

纤维对微发泡聚丙烯复合材料发泡行为的影响

采用化学发泡法注塑成型工艺制备了微发泡聚丙烯(PP)/纤维复合材料,通过流变理论和纤维与树脂的界面行为,研究了玻璃纤维(GF)、芳纶纤维(AF)和碳纤维(CF)对微发泡聚丙烯复合材料发泡行为的影响。结果表明,纤维的加入可以有效改善微发泡PP材料的泡孔结构,改善效果CFGFAF,这归因于纤维的成核能力和PP/纤维复合材料流变性能的综合作用;比表面积越大、长度越短和分散性越好的纤维可以提供更多的成核点位置,从而可以获得具有较小泡孔尺寸和较大泡孔密度的微发泡材料。     

汽车薄壁保险杠蒙皮材料特性分析与服役性能研究

目的 优化薄壁保险杠蒙皮材料的力学性能,评价薄壁保险杠蒙皮的服役性能。方法 以纳米碳酸钙(nano-CaCO3)、蒙脱土(MMT)和氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)为添加剂对PP进行协同改性。采用双螺杆挤压机制备PP/SEBS/nano-CaCO3和PP/SEBS/MMT共混材料,研究刚性粒子与SEBS对薄壁注塑用聚丙烯(PP)的强韧协同效应。研究无机填料/弹性体协同改性作用对薄壁注塑用聚丙烯结晶行为、力学性能与微观结构的影响规律。建立薄壁注塑用聚丙烯保险杠蒙皮有限元仿真模型,通过多个工况有限元仿真和实验来评价薄壁保险杠蒙皮的服役性能。结果 共混材料的结晶度相比PP/SEBS提高了1.2%~7.3%,结晶温度未产生显著变化;nano-CaCO3质量分数为4%的PP/SEBS/nano-CaCO3综合性能最好。仿真结果表明,薄壁保险杠蒙皮具有较好的服役性能,并且通过实验验证了该评价方法的有效性。结论 薄壁保险杠蒙皮材料可以通过共混改性达到理想的刚韧平衡效果,基于材料性能-成形质量-服役性能的方法为高效设计薄壁汽车保险杠蒙皮提供了新途径。     

橡胶粒子对微发泡聚丙烯复合材料发泡行为与力学性能的影响

利用型腔体积可控注塑发泡装置制备微发泡聚丙烯(PP)/粉末橡胶复合材料,通过橡胶粒子的分散性以及复合材料的结晶行为,研究不同橡胶粒子对聚丙烯复合材料发泡行为和力学性能的影响。结果表明:橡胶粒子的加入使微发泡聚丙烯材料的泡孔分布细密而均匀,微发泡聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/粉末丁腈胶(PP/PP-MAH/NBR)复合材料的发泡质量较理想,其泡孔密度和尺寸分别为7.64×106个/cm3,29.78μm;综合泡孔结构和力学性能,微发泡聚丙烯/聚丙烯接枝马来酸酐/粉末羧端基丁腈胶(PP/PP-MAH/CNBR)复合材料的力学性能最优,与纯PP比较其冲击强度提升了2.2倍,拉伸强度仅仅降低了26%,是理想的微发泡复合材料。     

麦秸秆/聚丙烯发泡复合材料的热稳定性与微观结构

为探讨发泡剂偶氮二甲酰胺(AC)添加量对麦秸秆/聚丙烯(PP)发泡复合材料的热稳定性、微观结构以及化学结构的影响,采用TG-DSC、FTIR和体视显微镜分析了麦秸秆/PP发泡复合材料的热稳定性、化学结构和微观结构,并测定了复合材料的线性膨胀系数、导热系数、表观密度和力学性能。结果表明:AC添加量及其热分解程度均对麦秸秆/PP发泡复合材料的热稳定性、泡孔结构和热膨胀性能影响显著;当AC添加量为1.0wt%时,其热分解程度最高,复合材料具有较好的热稳定性,泡孔结构均匀,麦秸秆与基体界面稳定,线性膨胀系数最小。所得结论表明,当AC添加量为1.0wt%时,麦秸秆/PP发泡复合材料具有较好的综合性能。      

随机植物短纤维复合材料界面性能对有效模量和拉伸行为的影响

研究了界面性能对随机短云杉纤维增强聚丙烯(PP)复合材料宏观拉伸性能的影响。采用双线性内聚力模型(CZM)描述随机短云杉纤维和PP基体间非理想界面的力学行为,建立了含非理想界面的随机短纤维增强复合材料代表性单元(RVE)的二维有限元模型,考虑了纤维含量、长细比、随机分布和随机各向异性弹性以及PP基体弹塑性的影响;模拟了不同纤维含量复合材料的实验拉伸应力应变曲线。结果表明,短云杉纤维/PP基体间非理想界面刚度与复合材料有效弹性模量之间有单调递增的曲线关系,即E-K曲线;同一复合材料不同纤维含量的E-K曲线簇有一个临界交点。在交点右侧强界面刚度区复合材料有效模量随着纤维含量的增加而提高,在交点左侧弱界面刚度区有效模量随着纤维含量的增加而减少。三种不同体积含量10%、20%和49%的云杉/PP复合材料的非理想界面刚度可用E-K曲线和实验测得的宏观有效弹性模量确定,云杉/PP界面初始破坏位移和界面完全破坏位移也可根据模拟拉伸应力应变曲线确定。数值分析结果能用非理想界面刚度来解释和理解随机短植物纤维体积含量对复合材料宏观有效模量的影响。     

汽车内饰用秸秆纤维/聚丙烯复合材料流变本构方程的建立

以秸秆纤维/聚丙烯(PP)母粒和PP为主要原料,利用双螺杆挤出机共混挤出造粒制备了不同纤维含量的汽车内饰用秸秆纤维/PP复合材料。通过对复合材料的压力-比容-温度(PVT)特性和黏度特性进行测试分析,建立了不同秸秆纤维含量的秸秆纤维/PP复合材料的PVT曲线和黏度曲线,探讨了纤维含量对材料PVT特性和黏度特性的影响规律。分别使用修正的双域Tait状态方程和Cross-WLF黏度方程对PVT曲线和黏度曲线进行参数拟合;基于拟合结果的分析,最终建立了考虑秸秆纤维含量影响的修正PVT模型与黏度方程。基于Moldflow分析软件建立了材料属性文件,对某汽车门饰板进行了模流分析。结果表明,建立的复合材料流变方程可有效用于注塑成型数值模拟分析。      

弹性体对微发泡聚丙烯复合材料发泡行为的影响

以化学发泡为主线,在聚丙烯(PP)基体中添加弹性体三元乙丙橡胶(EPDM)制备微发泡聚丙烯复合材料。利用旋转流变仪、差示扫描量热法和扫描电镜等手段,系统地研究EPDM对微发泡PP材料发泡行为的影响。结果表明,EPDM的加入提高了PP材料的熔体强度,对PP材料发泡质量有明显改善;同时使PP复合材料的降温结晶峰向高温移动,能有效抑制泡孔的变形及并泡等恶化现象。当EPDM的质量分数为20%时,泡孔形态较为理想,其泡孔直径和泡孔密度分别为14.43μm,2.49×10⁷cm^-3。与未加EPDM的微发泡PP复合材料比较,EPDM的加入能够拓宽发泡PP复合材料的发泡温度窗口,发泡温度范围为180~195℃。     

PP/GF复合材料横晶结构对界面剪切强度的影响EI

利用单纤维断裂实验方法 ,测试了聚丙烯 (PP) /玻璃纤维 (GF)单纤维复合材料的界面剪切强度 ,研究了 PP/GF单纤维复合材料体系中 ,横晶结构对界面剪切强度的影响。结果表明 ,随着横晶结构的完善 ,界面剪切强度下降 ,当结晶时间较长时 (如长于 10 m in) ,存在横晶结构试样的界面剪切强度下降的幅度大于不存在横晶结构的试样 。     

iPP/PET原位微纤复合材料的超临界二氧化碳发泡行为EI北大核心CSCD

利用微纳层叠共挤技术中独特的剪切拉伸复合流动场作用实现聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)在聚丙烯(i PP)中的原位微纤化,研究了PET的原位微纤化对i PP/PET复合材料发泡行为的影响。扫描电子显微镜结果显示,经过微纳层叠共挤装置挤出后,PET在i PP中形成直径为0.2~1μm的微纤。PET微纤化显著地改善了i PP的结晶性能、流变性能及发泡性能。差示扫描量热测试结果表明,PET微纤对i PP具有明显的异相成核作用,能提高i PP的结晶温度和熔点;拉伸流变行为分析发现,PET微纤的形成使得i PP产生明显的应变硬化现象;通过超临界二氧化碳发泡发现,i PP/PET原位微纤复合材料的泡孔比纯i PP更加稳定,尺寸更小,密度更大,且泡孔内存在三维微纤网络结构。     

纤维束增强复合材料的横向弹塑性性能研究

利用细观力学模型和有限元法研究纤维束复合材料的横向弹塑性力学性能。假设弹性的纤维束均匀地分布于幂硬化弹塑性基体材料中, 并假设纤维束内的纤维接触是光滑的。通过与单丝纤维复合材料的相应结果比较, 研究了纤维成束对复合材料宏观弹塑性性能的影响。通过对硼/铝复合材料的数值研究表明: 纤维的成束对复合材料的横向弹性刚度影响很小, 而对复合材料的塑性变形和切线刚度有显著的影响。      

Effect of flame retardants on mechanical properties,flammability and foamability of PP/wood–fiber composites

The mechanical properties, flame retardancy, thermal degradation and foaming properties of wood–fiber/PP composites have been investigated. Ammonium polyphosphate (APP) and silica were used as flame retardants. The limiting oxygen index (LOI), thermal gravimetric analysis (TGA) and cone colorimeter (CONE) were employed for the study of fire retardance. At the same time, wood–fiber/PP composite foams were produced with the batch foaming technique using CO₂ as blowing agent. The effects of APP and silica content, pressure and temperature on the final cell structure were investigated. According to LOI, TGA and cone calorimeter results obtained from the experiments, APP and silica are effective flame retardants for wood–fiber/PP composites, and silica was shown to have a flame retardant synergistic effect with APP in wood–fiber/PP composite. The mechanical properties of the composites decreased with addition of flame retardants, except for the tensile strength of small amount of silica filled wood–fiber/PP composite. The results also revealed that the cellular morphologies of the foamed wood–fiber/PP composites are a strong function of the content of APP and silica as well as foaming conditions.     

PP/PMMA接枝剑麻纤维复合材料的结构和性能

用注塑成型方法制备了PP／PMMA接枝剑麻纤维（SF）复合材料，研究了它的热性能、晶态结构、微观结构和力学性能。结果表明PMMA表面接枝的SF增强了PP与SF之间的作用力，改善了PP／SF的热稳定性，降低了PP相的熔点，同时SF的加入诱导了β－晶型PP的生成，提高了PP相的结晶度，降低了无定型PP的玻璃化转变温度。PMMA接枝的SF提高了PP的模量，对PP有明显的增韧效果。     

β-环糊精-聚磷酸铵对黄麻/聚丙烯复合材料阻燃性能的影响

将黄麻纤维和聚丙烯纤维（PP）通过梳理、铺网和针刺的方式形成黄麻/PP复合材料毡,采用表面撒粉工艺,将阻燃剂β-环糊精（β-CD）、β-CD与聚磷酸铵（APP）复配热压后在黄麻/PP复合材料表面形成阻燃层,采用FTIR、极限氧指数测试仪、水平燃烧测试仪、锥形量热测试仪、热重分析测试仪、SEM及万能试验机等检测黄麻/PP复合材料阻燃性能、力学性能、成炭性能及样品表面微观形貌。结果表明:β-CD与APP复配后在黄麻/PP复合材料表面热压成膜可以显著提高复合材料的阻燃性能和热稳定性。当β-CD-APP复配阻燃剂质量分数为20wt%、β-CD与APP的质量比为1∶2时,黄麻/PP复合材料水平燃烧58 s后自熄,极限氧指数（LOI）值达到26.6%,根据日本JISD 1201—77标准,属于第三难燃等级材料,此时热释放速率和有效燃烧热值最小,700℃时的残炭量增加了11.68%。力学性能测试表明,在黄麻/PP复合材料表面增加阻燃层后,弯曲强度增加而拉伸强度不受影响。      

短玻纤增强聚丙烯注射压力对微观结构和力学性能影响

报道了短玻纤增强聚丙烯复合材料中玻纤及注射压力对材料微观结构和力学性能的影响规律。实验结果表明: 随着玻纤含量提高, 复合材料的拉伸强度提高, 而断裂伸长率、冲击强度和熔体流动速率则下降。注射压力提高, 拉伸试样芯层中玻纤的平均取向角下降, 取向度提高, 因而拉伸强度增大, 冲击强度下降。皮层结构中玻纤沿熔体流动方向高度取向。聚丙烯球晶尺寸随玻纤含量增加而变小, 规整度也变差, 至40% 时, 聚丙烯已难以形成规整的球晶结构。     

Combined effect of fiber content and microstructure on the fracture toughness of SGF and SCF reinforced polypropylene composites

Composites of polypropylene (PP) reinforced with short glass fibers (SGF) and short carbon fibers (SCF) were prepared with extrusion compounding and injection moulding techniques. The fracture behavior of the two types of composites was studied. The fracture toughness (K _c of the composites was measured in the T-direction [main crack transverse to mould flow direction (MFD)] and in the L-direction (main crack parallel to the MFD) using compact tension (CT) specimens made from the plaques manufactured. The study was focused on the combined effect of fiber volume fraction and microstructure (fiber length and alignment) on the fracture toughness of short fiber composites. It was observed that the addition of fibers effectively enhanced the fracture toughness for both SGF/PP and SCF/PP systems in the T-direction but only improved the composite toughness in the L-direction for the case of a low fiber volume fraction (8%). The composite fracture toughness kept almost unchanged in the T-direction and decreased in the L-direction with increasing fiber volume fraction. These were explained using the combined effect of fiber volume fraction and microstructure.     

Effects of extruder parameters and silica on physico-mechanical and foaming properties of PP/wood-fiber composites

In this study, the effects of screw configuration, screw speed and silica content on the physico-mechanical and foaming properties of PP/wood-fiber (WF) composites were investigated. PP/WF composites were produced by the intermeshing co-rotating twin screw extruder. Microcellular closed cell PP/WF composite foams were prepared using pressure-quench batch process method. Firstly, an attempt has been made to determine the optimum conditions of extrusion that involve screw configurations and screw speed. The mechanical properties and morphology results showed that PP/WF composite prepared under the configuration C at screw speed of 150 rpm have higher mechanical properties, and narrower cell size distribution caused by uniform dispersion of wood fiber. And then, under the optimal processing conditions, the effect of silica content on the physico-mechanical properties of PP/WF composite, the final cell morphology as well as the relative density of the foamed PP/WF/Silica composites is studied.