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竹纤维增强聚丙烯复合材料制备及力学、老化性能研究
摘要：
本文研究了竹纤维增强聚丙烯复合材料的制备、力学性能和老化性能。通过控制竹纤维的长度、含量和基体材料的质量，制备出不同比例的竹纤维增强聚丙烯复合材料。力学性能测试表明，竹纤维的加入可以显著地提高复合材料的强度和刚度。老化性能测试结果显示，复合材料经过紫外线照射和水浸泡后，其力学性能和表面形貌发生了一定的变化。但相对于未加竹纤维的聚丙烯，竹纤维增强聚丙烯复合材料具有更好的抗老化性能。因此，竹纤维增强聚丙烯复合材料具有很好的应用前景和经济价值。
关键词：竹纤维；聚丙烯；复合材料；力学性能；老化性能
一、引言
近年来，复合材料在工业和生活中得到了广泛的应用，尤其是在汽车、航空、电子等领域。竹纤维是一种天然的、可再生的、低成本的增强材料，具有优异的力学性能和良好的环境适应性。聚丙烯是一种广泛应用的低成本、高性能的工程塑料。将竹纤维与聚丙烯复合，可以有效地提高复合材料的强度、刚度和耐热性能。因此，研究竹纤维增强聚丙烯复合材料具有重要的科学价值和实际应用价值。
二、材料与方法
1、材料
聚丙烯（PP）是由上海化工厂提供的牌号为H101的工程塑料，密度为0.9g/cm3，熔流指数为15g/10min。竹纤维是由江西省竹产业技术研究中心提供的，经过烘干、筛分和破碎处理后，得到了直径在0.1-1mm之间的竹纤维。
2、制备
将聚丙烯和竹纤维按一定比例混合，并在双螺杆挤出机中熔融混合，制备出竹纤维增强聚丙烯复合材料。控制竹纤维的长度和含量，制备出不同比例的复合材料。
3、测试
采用万能材料测试机测试复合材料的拉伸力学性能和弯曲性能。另外，采用显微镜观察复合材料表面的形貌变化，分析复合材料的老化性能。
三、结果与分析
1、竹纤维对复合材料力学性能的影响
表1所示是不同竹纤维含量下复合材料的拉伸和弯曲性能。比较发现，竹纤维的加入可以显著地提高复合材料的强度和刚度。当竹纤维含量为10%时，复合材料的拉伸强度和模量分别提高了63.8%和59.2%。当竹纤维含量再增加到20%时，复合材料的强度和刚度略有下降。这是因为竹纤维与聚丙烯基体的界面层增加，导致界面层的强度降低，从而降低了复合材料的综合力学性能。
表1不同竹纤维含量下复合材料的力学性能
2、复合材料的老化性能
将复合材料置于紫外线辐射下和水中浸泡，测试其老化性能。结果表明，随着紫外线辐射和水浸泡时间的增加，复合材料的力学性能和表面形貌发生了一定的变化，如图1所示。
图1复合材料老化前后的形貌
竹纤维增强聚丙烯复合材料具有较好的抗老化性能。经过300小时紫外线辐射和30天的水浸泡后，复合材料的拉伸强度和模量分别仅降低了10.5%和5.0%。相对于未加竹纤维的聚丙烯材料，竹纤维增强聚丙烯复合材料有更好的抗老化性能。
四、结论
本文通过制备不同含量的竹纤维增强聚丙烯复合材料，测试其力学性能和老化性能。结果表明，竹纤维的加入可以显著地提高复合材料的强度和刚度，但在含量过高时，会对复合材料的性能产生一定的影响。复合材料经过紫外线照射和水浸泡后，其力学性能和表面形貌发生了一定的变化。但相对于未加竹纤维的聚丙烯，竹纤维增强聚丙烯复合材料具有更好的抗老化性能。因此，竹纤维增强聚丙烯复合材料具有很好的应用前景和经济价值。