竹纤维增强聚丙烯复合材料研究与应用进展

竹材是绿色、低碳、可降解生物质材料,是塑料的最佳替代品。竹纤维具有资源丰富、成本低、密度小、绿色环保、比强度高等特点,与聚丙烯复合形成的竹纤维增强聚丙烯复合材料兼有竹材和塑料的优点,是一种资源节约型和环境友好型材料,是“以竹代塑”产品开发的低碳材料来源。文中综述了竹纤维增强聚丙烯复合材料在材料特性、制备方法、性能测试等方面的研究进展,分析了目前的应用现状,提出了今后的研究重点及应用潜力,以期为“以竹代塑”创新产品研发提供参考。

竹纤维/玻璃纤维混杂增强聚丙烯复合材料

对竹纤维(BF)进行前处理,通过双螺杆挤出机制备竹纤维和玻璃纤维(GF)混杂增强聚丙烯(PP)复合材料。初步探讨经前处理的竹纤维、玻璃纤维的含量对复合材料的力学性能和微观结构的影响。结果表明:复合材料的冲击强度、弯曲强度、拉伸强度、弯曲模量随着玻璃纤维的含量增加而提高,同时PP的结晶速率及结晶度也有所提高。SEM照片表明玻璃纤维的加入改善了竹纤维在PP的分散性。

竹纤维增强聚丙烯基复合材料的制备及其吸湿性能

以竹纤维、聚丙烯纤维为原料,采用热压成型工艺制作竹纤维增强聚丙烯基复合材料(竹纤维/PP),研究制作结构和碱处理对竹纤维/PP吸湿性能的影响.研究表明:竹纤维/PP吸湿规律符合Fick吸湿定律;结构优化和碱处理均改善了竹纤维/PP界面性能,降低了其吸湿性能.

竹纤维增强聚丙烯复合材料的研究

研究了竹纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能、热学性能、加工性能,采用电镜扫描分析了复合材料的界面及其微观结构.用多元统计分析中的主成分分析法,合理地确定竹纤维增强聚丙烯复合材料多项性能指标兼优的最佳纤维含量.

玻璃纤维增强聚丙烯/尼龙混杂板材的制备与性能研究

玻璃纤维增强热塑性复合材料具有重复成型、高韧性、高耐久性、可设计、环境友好及可回收利用等优势。为解决由聚丙烯树脂粘度高与尼龙树脂吸水率高引起的复合材料成型工艺与耐久性问题,本项目采用模压工艺研发并制备了玻璃纤维增强聚丙烯/尼龙混杂复合材料板材,研究了混杂模式对于板材力学性能与热性能的影响规律与机理,比较分析了水分子在混杂复合材料内的扩散行为。研究发现,单层层间交替混杂模式板材具有最高的力学性能,拉伸、弯曲和剪切强度最大提升率为132.8%、127.4%和110.4%,归因于混杂板材中两种预浸带在层间粘结-挤压作用下协同受力,材料性能充分发挥;相比之下,五层预浸带层间交替混杂模式板材存在明显薄弱界面层,削弱了板材整体协同受力作用。此外,混杂板材由于聚丙烯树脂憎水性以及逐层交替混杂模式,延缓或阻止了水分子在尼龙树脂内部的吸收和扩散行为,导致混杂板材吸水率大幅下降,这对于提升尼龙树脂基复合材料的耐久性具有重要意义。

聚丙烯纤维增强陶粒混凝土基本力学性能试验研究

为改善陶粒混凝土的强度和脆性,本研究将聚丙烯纤维加入陶粒混凝土,共制备了180个聚丙烯纤维增强陶粒混凝土试件,并进行了立方体抗压试验、劈裂抗拉试验、轴心抗压试验和弹性模量试验。结果表明,聚丙烯纤维能有效提升陶粒混凝土的劈裂抗拉强度和拉压比,对抗压强度和弹性模量的影响相对较小。基于试验结果,本研究提出了聚丙烯纤维增强陶粒混凝土的劈裂抗拉强度与立方体抗压强度、轴心抗压强度与立方体抗压强度的换算关系模型以及弹性模量的数值模型。

碳纳米管/聚丙烯腈纤维增强混凝土的抗裂性能

结合PTS-E0系统、WA-1000B试验机,测试碳纳米管/聚丙烯腈复合纤维增强混凝土的抗裂性能和力学性能,建立混凝土综合抗裂模型,结果显示:掺入复合纤维后,混凝土的抗压强度和劈裂强度均得到有效提升,且表面裂缝问题得到有效缓解;随复合纤维掺量的增大,混凝土的抗裂性能和力学性能均不断提升,但在工程实践应用时需要结合实际要求确定复合纤维的用量。

聚丙烯纤维增强水泥基复合材料的基本力学性能研究

文中通过对聚丙烯纤维(PP)增强水泥基复合材料的抗压、抗折试验发现,PP纤维的加入可以改变复合材料破坏模式,提升复合材料的抗压、抗折性能,使水泥基体由原来的脆性破坏转变为延性破坏。当PP纤维掺量为2%时,FRCC-2.0具有抗压、抗折强度最优值,分别为81.67 MPa和11.47 MPa。

聚丙烯纤维增强混凝土的力学性能研究

为了更好地提升混凝土的力学性能,以不同体积分数(0、0.25%、0.5%、0.75%、1%、1.25%)下的聚丙烯纤维增强混凝土为试验材料,通过立方体抗压强度试验、劈裂抗拉强度试验和弯拉强度试验,探究纤维混凝土试块的强度变化规律。试验结果表明,混凝土的抗压、抗拉和弯拉强度随着纤维体积分数的不断增加,均表现出先升高后降低的趋势,纤维体积分数在0.75%时对混凝土力学性能的提升最明显。

长竹纤维束定向增强聚丙烯复合材料

目的以我国资源丰富的竹子和聚丙烯(PP)作为原料,研究竹材的预处理和成形工艺对其物理力学性能的影响,扩大竹材的应用领域。方法通过碱液预处理,对竹条进行软化分丝。然后,利用热压技术将所提取的竹子与聚丙烯进行复合,并调节热压工艺,得出最优参数。结果使用质量分数为6%的NaOH,在100℃下预处理2.5 h,通过辊压疏解,制备长竹纤维束(LBF),LBF的抗拉强度为397.2 MPa。经过处理后,LBF/PP复合材料的储能模量达到9.49 GPa,比未处理的LBF/PP复合材料提升了11.5%。确定了最优热压条件:温度为190℃、时间为20 min、压力为6 MPa。随着长竹纤维含量的增加,LBF/PP复合材料的耐水性降低。结论使用长竹纤维束所制备的LBF/PP复合材料具有优异的物理力学性能,有望作为结构材料应用于集装箱、托盘等,在包装应用领域有较好的前景。

玻璃纤维增强聚丙烯的研制及应用

介绍了玻璃纤维增强聚丙烯材料的原材料选择,提高聚丙烯与玻纤结合力的方法,玻纤增强聚丙烯造粒生产线及其工艺控制,以及该材料的应用。

竹纤维/马来酸酐接枝聚丙烯/聚丙烯复合材料的结构和性能研究

采用双螺杆挤出和注射成型制备了竹纤维/聚丙烯(BF/PP)和竹纤维/马来酸酐接枝聚丙烯/聚丙烯(BF/PP-g-MA/PP)复合材料。用SEM、DSC、XRD和TG等观察和表征了复合材料的形貌和结构,测试了复合材料的流动性能和力学性能。研究表明,复合材料的韧性、力学性能、熔体加工性能、结晶行为、热稳定性与共混物的组成及其微观形貌密切相关。添加经碱处理的竹纤维能使聚丙烯的刚性增大,但导致力学强度、冲击韧性和熔体加工性能明显降低。添加PP-g-MA使30%BF/PP复合材料拉伸和弯曲强度明显增加,冲击强度改善,主要源于竹纤维与聚丙烯基体之间形成了较强界面黏附。BF/PP-g-MA/PP(30/7.5/62.5)复合材料具有较高的综合力学性能和较好的加工性能。

聚丙烯/玻璃纤维复合材料增强与增韧改性研究

研究了不同含量的马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)相容剂对玻璃纤维增强聚丙烯/聚乙烯蜡(GFRPP/PW)复合材料体系力学性能和结构的影响。结果表明,少量的PP-g-MAH可以改善"浮纤"现象,促进GFRPP/PW/PP-g-MAH复合材料的相容性和PP基体中γ晶的产生;与原体系相比,加入少量相容剂后冲击强度提高了37.9%,屈服强度提高了3.2%,热变形温度增加了3.9℃。

热致液晶聚合物对短玻璃纤维增强聚丙烯加工性、结构与性能的改善

短切玻璃纤维增强的热塑性复合材料具有加工简便,生产周期短,可以反复加工等优点,因此得到了广泛应用。但短切玻璃纤维会给加工成型带来困难,主要在于纤维对加工设备的磨损,以及由于纤维的加入增大了熔体的粘度等。如果提高加工温度来降低粘度又会导致高聚物降解。几年前Kiss和Isayev提出用热致液晶聚合物(TLCP)的刚性棒状分子链作增强剂与被增强基体熔融共混,在加工中TLCP原位形成增强纤维,形成原位复合材料。原位复合材料中由于TLCP的流变性质。

长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能

采用自主开发的在线混合生产设备,以玻璃纤维(GF)和聚丙烯(PP)为原料,制备了长玻璃纤维增强聚丙烯(LFT-PP)复合材料。研究了GF长度、分散度以及界面改性剂对LFT-PP力学性能的影响。结果表明,GF长度的增加,有利于提高LFT-PP的弯曲强度和冲击强度,对弯曲模量的影响很小。添加适量的界面改性剂有利于提高复合材料的弯曲性能,但是降低了其冲击强度。

玻璃纤维增强聚丙烯复合材料界面改性研究

研究了聚丙烯 (PP)微粒与马来酸酐 (MAH)在紫外线辐照下进行接枝反应。考察了单体MAH的用量、辐照时间等对接枝率的影响 ,以及接枝率与复合材料弯曲强度和冲击韧性的关系。通过IR、DSC和力学性能测试表明 ,在紫外线辐照下可实现PP -MAH固相接枝 ,而且接枝PP含量的提高使复合材料的弯曲强度和冲击韧性得到改善。

玻璃纤维增强聚丙烯材料结晶行为研究

研究了玻璃纤维增强聚丙烯复合材料结晶情况 ,界面横晶的产生 ,横晶对材料力学性能的影响及控制方法 ;另外 ,对于玻璃纤维在该体系中对基体的结晶成核作用通过观察结晶过程 。

剑麻纤维/玻璃纤维混杂增强聚丙烯复合材料的结构与性能

采用熔融共混和模压成型方法将废剑麻纤维(SF)和玻璃纤维(GF)混杂增强聚丙烯(PP)制备SF/GF/PP木塑复合材料。研究复合材料力学性能、热性能、晶型结构和微观结构,探讨混杂纤维增强基体树脂的界面行为。结果表明:所制得复合材料的冲击强度、弯曲强度和弯曲模量都有不同程度的提高。同时,热稳定性、PP相的结晶速率及结晶度也有所提高,晶态结构无变化,仍是典型的α晶型。

高性能木纤维增强聚丙烯复合材料的制备

采用双螺杆挤出机制备了木纤维(松木粉)增强聚丙烯(PP)复合材料,并对其力学性能及形态结构进行了研究。结果表明,用马来酸酐接枝PP(PP-g-MAH)作增容剂可有效地增加基体与木纤维之间的粘合作用,使木纤维增强PP复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲弹性模量都得到很大提高;在木纤维增强PP复合材料中加入三元乙丙橡胶(EPDM)进行增韧,可在高木纤维含量下使复合材料基本保持纯PP的力学性能。

接枝聚丙烯蜡对玻璃纤维增强聚丙烯界面作用

在聚丙烯蜡分子链中引入羧基官能团，并用其作为玻璃纤维增强聚丙烯的界面处理剂。通过改进的单丝临界长度法测定了四种偶联剂与上述聚丙烯蜡共同处理的玻璃纤维与聚丙烯的界面剪切强度，发现改性或者未改性的聚丙烯蜡的加入都会使增强体系界面剪切强度明显提高，分析其原因可能是未改性的聚丙烯蜡分子链上本身含有一定的极性基团。但是，偶联剂种类的变化对体系界面剪切强度的影响却很小。