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韩海山,等:剑麻纤维增强聚丙烯复合材料的制备及性能研究21

剑麻纤维增强聚丙烯复合材料的制备及性能研究

韩海山孙占英沈春银戴干策
(华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海200237)

摘要制备了剑麻纤维增强聚丙烯(PP)复合材料,考察了纤维含量及马来酸酐接枝PP(MPP)增容剂对复合材
料孔隙率及力学性能的影响,并采用修正的数学模型分别对复合材料的拉伸强度和拉伸弹性模量进行预测。结果
表明,随着纤维含量的增加,复合材料的孔隙率先增大后减小,纤维质量分数为30%时孔隙率达到最大值。未添加
MPP增容剂时,复合材料的拉伸及弯曲性能在纤维质量分数小于30%时变化幅度较小,40%时则有较大幅度提高;
冲击强度随着纤维含量增加而提高。当添加MPP增容剂时,复合材料的力学性能随纤维含量的增加而提高。拉伸
性能的预测结果与实测结果比较一致。
关键词聚丙烯剑麻纤维复合材料马来酸酐接枝聚丙烯孔隙率力学性能

目前,汽车工业正向着轻量化、保护环境、节约1实验部分
能源的方向发展,其有以下两大发展方向:一是基于1.1原材料
改善汽车燃油效率的轻量化,二是基于提升性能及PP:Y1600,上海石油化工股份有限公司;
安全性的轻量化。为了满足汽车工业发展的需求,MPP:A108,上海圆原高分子材料科技有限公
天然纤维复合材料得到了广泛关注[1]。司;
与碳纤维、玻璃纤维相比,天然纤维(如木纤抗氧剂:IRGANOX1010,168,上海汽巴高桥化
维、麻纤维、竹纤维等)由于具有价格低廉、可回收、学有限公司;
可降解、可再生、对皮肤无刺激、对加工设备磨损少、剑麻:东方剑麻有限公司。
噪声吸收性好等一系列优点而在增强热塑性复合材1.2设备和仪器
料中得到广泛应用,成为近年来材料研究开发的热注塑机:TTI-80型,东华机械有限公司;
[2-3]
点之一。欧盟已经制定了可持续发展的政策,双辊炼塑机:160B型,上海橡塑机械厂;
要求到2015年交通工具中材料可回收利用率达到平板硫化机:YX-25型,上海西玛伟力模塑机
95%,更长远的目标是开发绿色复合材料,即由天然械有限公司;
纤维和来源于植物合成的塑料制造而成[4]。万能试验机:CMT2203、CMT4204型,深圳新三
天然纤维主要由纤维素、半纤维素和木质素构思试验设备有限公司;
成。其中纤维素所占含量最多,约占总质量的60%冲击试验机:XJU-2.75型,承德试验机有限公
～70%。纤维素每个结构单元上存在6个极性的羟司;
基,这决定了天然纤维表面是极性的,导致天然纤维扫描电子显微镜(SEM):JSM-6360LV型,日
与非极性的高分子亲和力差,相容性不好,对天然纤本电子株式会社;
维增强复合材料的性能提高和应用造成了许多限电子分析天平:AB204-E型,瑞士梅特勒-托
制。聚丙烯(PP)在汽车工业有着广泛应用,但其与利多公司;
天然纤维的相容性较差。马来酸酐接枝PP(MPP)电子光学显微镜:上海第六光学仪器厂;
作为一种界面增容剂,其既可与天然纤维表面的羟矢量分析软件:UTHSCSAImageTool,美国德克
基反应生成化学键[5],又与PP有着良好的相容性,萨斯大学。
可用来增容天然纤维增强PP。1.3试样制备
笔者以PP为基体,剑麻纤维为增强材料,MPP先将有捻剑麻束剪成一定长度,置于烘箱中在
为增容剂,采用注塑工艺制备了剑麻纤维增强PP103℃干燥4～6h备用。然后将PP、MPP和抗氧剂
复合材料,考察了纤维含量及增容剂MPP对复合材按一定配比混合均匀,加入双辊炼塑机进行塑化,混
料孔隙率及力学性能的影响,并对复合材料的拉伸

性能进行了预测。收稿日期:2009203201

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22工程塑料应用2009年,第37卷,第5期

合均匀后加入一定比例的剑麻塑化均匀并造粒,注响。天然纤维复合材料中的孔隙可以分为纤维内部
塑成标准试样。的孔隙、纤维与基体之间的孔隙和基体中的孔隙3
1.4性能测试部分[8]。
(1)力学性能图1为剑麻纤维及其复合材料的SEM照片。
拉伸性能按GB/T1040-1992测试,弯曲性能由图1a、图1b可看出,剑麻纤维内部具有近似圆形
按GB/T9341-2000测试,冲击性能按GB/T1043的孔腔,纤维与基体之间也存在孔隙。添加MPP
-1993测试。后,纤维在复合材料制备过程中受到压缩,形成了新
(2)孔隙率的致密结构,如图1c所示。纤维表面的羟基与MPP
采用浮力法测定,具体方法为:将装有适量石蜡反应,降低了纤维表面的极性,提高了纤维与基体的
油的塑料杯放于电子分析天平中