纳米SiC颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能(完整版)实用资料.doc

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1、纳米SiC颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑 完整版实用资料，欢迎下载）收稿日期:2004-09-16基金项目:教育部跨世纪优秀人才培养计划项目;国家自然科学基金资助项目(50474084;辽宁省科技计划项目(2004221010作者简介:贺春林(1964-,男,辽宁葫芦岛人,东北大学博士后研究人员,沈阳大学教授;刘常升(1963-,男,内蒙古奈曼旗人,东北大学教授,博士生导师;孙旭东(1961-,男,吉林磐石人,东北大学教授,博士生导师;才庆魁(1944-,男,黑龙江绥化人,沈阳大学教授,博士生导师第26卷第6期2005年6月东北大学学报(自然科学版Jou

2、rnal of Northeastern University (Natural Science Vol .26,No .6Jun .2005文章编号:1005-3026(200506-0554-04纳米SiC 颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能贺春林1,刘常升1,孙旭东1,才庆魁2(1.东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110004;2.沈阳大学材料科学与工程系,辽宁沈阳110044摘要:用粉末冶金法制备了纳米SiC 颗粒增强纯Al 基复合材料(Al MMCs ,对该材料的微观结构和拉伸性能进行了研究结果表明,纳米SiC 颗粒在含量很少时即对Al 有明显的强化作用,此时,纳米颗粒在基体中的分散比较

3、均匀;当含量较高时则纳米颗粒易于团聚,团聚会使SiC 颗粒对Al 的强化作用降低纳米SiC 颗粒含量发生变化,SiC p /Al MMCs 的断裂机制也有所改变关键词:Al ;纳米SiC 颗粒;金属基复合材料;结构;拉伸性能中图分类号:TB 331文献标识码:A颗粒增强铝金属基复合材料(Al MMCs 的性能与增强相的尺寸有很大关系,广泛使用的颗粒大都在330m 之间研究表明,增强相尺寸越小,则增强效果越好13这是因为小颗粒不仅自身很少存在结构缺陷,而且其周围还具有更高的热错配位错密度24也有人发现,0.15m 的亚微米Al 2O 3颗粒增强Al MMCs 虽然具有较高的强度和塑性,但材料组织

4、中不存在由热错配引起的位错,Al MMCs 的强化机制有所改变5纳米颗粒对Al 也表现出良好的强化作用6,7,但因细小颗粒易于团聚,因而使其增强效果大为降低7,8;而且,纳米颗粒的体积分数一般都很小(3%7,8,当体积分数达到5%时,已不能制备出合格的拉伸样品8为了便于理论分析,本文拟采用纯Al 为基体,选取纳米级SiC 颗粒为增强体,对Al MMCs 的拉伸性能、组织结构进行研究,并对复合材料的增强机制进行探讨1实验材料与方法1.1纳米SiC p /Al MMCs 的制备本实验所用的基体原料为惰性气体雾化纯铝粉,Al 粉平均粒度为6m ,纯度为99.9%增强相SiC 粉由激光诱导化学气相沉积

5、法制备,平均尺寸为25nm ,纯度为98%99%,为晶型纳米SiC 粉体在具有较好分散性的丙酮和异丙醇混合液中超声波分散30min 后,立即将其倒入装有钢球和铝粉的球磨罐中,并用行星式球磨机进行湿混,球磨机转速为130160r /min ,球磨时间为8h 球磨后的粉体,于真空干燥箱中干燥为了比较,纯Al 也经过相同的球磨湿混过程球磨混合粉经过冷压成型,真空除气处理和630,10-3Pa 条件下真空热压40min 后,即制得相对密度达90%以上的坯锭烧结坯锭经机加工后,封装于工业纯铝的包套内,于420进行热挤,挤压比为401,挤出的复合材料直径为14mm 的棒材1.2纳米SiC p /Al MM

6、Cs 的拉伸试验试样由经过挤压的棒材车削加工而成,轴向与挤压方向平行标距长度和直径分别为40mm 和8mm 在电子拉伸试验机上进行拉伸实验,应变速率为4.1710-4s -11.3纳米SiC p /Al MMCs 的拉伸断口和组织观察对拉伸断口进行SEM 观察,以确定复合材料的微观断裂机制取SiC p /Al MMCs 纵断面,在SEM 下观察微观组织结构2实验结果2.1纳米SiC p /Al MMCs 组织SiC p (25nm /Al MMCs 在SiC 中的体积分数为1%时,分散性很好,没有团聚,但有些区域颗粒偏少(见图1a由图可见,纳米颗粒沿挤压方向(图中箭头指向有规律地呈纵队排布当S

7、iC 体积分数提高至3%时,局部出现小的团聚(见图1b继续提高至5%时,虽然一些区域颗粒分散较均匀,但大部分区域颗粒团聚非常明显,团聚体较大(见图1c团聚体长轴沿挤压方向(图中箭头指向排列,类似于一个大颗粒的行为然而,二者之间却有明显不同,大颗粒不能变形,只能作整体旋转使自己与轴向尽量取向一致;而团聚体因内部疏松,在挤压过程中,依靠其自身发生变形,使团聚体颗粒伸长,而不是通过整体旋转可以预见,SiC的大量团聚会使MMCs的拉伸强度下降, 塑性变差图1不同体积分数的SiC p(25nm/Al MMCs SEM组织(箭头表示MMCs挤压方向Fig.1SEM images of microstruc

8、ture of SiC p(25nm/Al MMCs with different volume fractions (a(SiC p=1%,均匀分布;(b(SiC p=3%,部分团聚;(c(SiC p=5%,严重团聚2.2SiC p/Al MMCs的拉伸断裂行为SiC p(25nm/Al MMCs和纯Al的拉伸性能见表1由表1可见,纳米SiC颗粒对纯Al的增强效果明显MMCs屈服强度和最大拉伸强度随SiC p含量的增加均线性增加SiC p体积分数为1%,3%和5%的纳米SiC p/Al MMCs的屈服强度和最大拉伸强度较基体纯Al分别提高了7.7%, 11.8%,26.8%和8.3%,21.

9、3%,30.6%由于SiC含量较低,因纯Al颗粒表面的Al2O3而引起的MMCs强度变化,经计算发现可忽略不计由表1还可看出,SiC p/Al MMCs延伸率随SiC p含量的增加明显降低这主要是由于本研究所使用的超细颗粒极易发生团聚,当外应力作用时,裂纹优先在颗粒团聚处形核,并迅速长大结果在较小的应变下,MMCs即发生断裂可见,SiC p/Al MMCs的强度增加是以牺牲塑性为代价的,强度增加越高,塑性降低往往越大表1复合材料的拉伸性能Table1Tensile properties of the composites材料0.2/MPab/MPa/%纳米SiC颗粒体积分数为1%,3%和5%的

10、SiC p/Al MMCs的拉伸断口形貌见图2由图2可见,纳米MMCs的断口上分布着尺寸不等的韧窝,说明断裂是通过微观延性断裂机制进行的但 纳米颗粒含量不同,断口形貌也不尽相同图2不同体积分数的SiC p(25nm/Al MMCs拉伸断口形貌Fig.2SEM images of tensile fracture of SiC p(25nm/Al MMCs with different volume fractions(a(SiC p=1%;(b(SiC p=3%;(c(SiC p=5%体积分数为1%的纳米SiC p/Al MMCs的断口韧窝大小混合出现,在大的韧窝中分布几个圆形小韧窝,韧窝底部

11、不见SiC颗粒,见图2a大视场内也不见SiC团聚体,表明SiC颗粒分散较好555第6期贺春林等:纳米SiC颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能体积分数为3%的纳米SiC p/Al MMCs的断口韧窝尺寸明显较1%纳米MMCs的小,韧窝也更浅,韧窝尺寸也更均匀,见图2b,在韧窝底部找不到SiC颗粒由于纳米SiC颗粒细小,数量较大,又很少有明显大的团聚体,使得颗粒间基体的变形空间减小,界面上的三维约束力较高,因而导致韧窝较浅较小,并多数彼此分开,很少出现相互嵌套现象但也可见局部有大韧窝出现,能谱分析确认此处多含SiC,为纳米SiC颗粒团聚体在MMCs受拉应力时,团聚体颗粒垂直于应力轴方向开裂,形成大而浅

12、的韧窝从严格意义上说这些大“韧窝”可能不算韧窝,因为这更近于脆断在大团聚的SiC颗粒中央处出现二次裂纹,说明团聚体疏松,而处于团聚SiC边缘的颗粒与Al基体结合良好因此,SiC 颗粒团聚体行为类似于一个具有临界裂纹尺寸的较大的SiC颗粒纳米颗粒体积分数增至5%时的SiC p/Al MMCs的断口韧窝数目较多,且形状不规则能谱分析确认,大韧窝由SiC团聚引起,在团聚SiC 中央常出现与断口垂直的二次裂纹,如图2c的中心处,说明团聚的SiC有利于大韧窝及二次裂纹形核也发现韧窝中团聚SiC与基体结合良好,未发现界面撕脱现象,这表明Al MMCs的断裂首先从SiC团聚体开始因此,5%纳米MMCs 的断

13、口具有团聚SiC的脆断和基体的韧性断裂混合特征这说明高含量的纳米颗粒对Al增强效果会因SiC的团聚而大打折扣3结果讨论3.1SiC p/Al MMCs的屈服强度Orowan机制引起的材料强度增量可用式(1来预测9:or=2Gb/(1式中,为颗粒间距,b为Burgers矢量,G为剪模量,对纯Al,b=0.286nm,G=2.64104MPa假设增强相为等轴粒子,并以简立方形式均匀分布于基体中,则7=6(SiC p(13d0.806(SiC p(-13d(23.2SiC p/Al MMCs的最大拉伸强度、延性和拉伸断口形貌纳米颗粒增强Al MMCs,因弥散强化作用,使其拉伸强度达到较高的值但因Si

14、C含量较高,细小颗粒不可避免地出现团聚现象由于在Al MMCs压制压力和烧结温度下,SiC颗粒团聚体不能被压实,也不能实现烧结,所以,团聚体内部会存在大量细小的孔隙当MMCs受力时,外力就会由基体通过结合良好的界面传递给这些大的团聚体,其结果因团聚体内部疏松的结构而在外应力较低时即率先开裂于是其他未团聚区域受力骤然增加,引起MMCs的过早断裂结果使MMCs的最大拉伸强度降低,塑性明显下降,断口特征为团聚体的脆性开裂,并有二次裂纹生成,而基体则后于团聚体发生韧性断裂,形成众多小韧窝由此可见,团聚体对MMCs的拉伸性能的影响,类似于具有临界裂纹尺寸的大颗粒的行为2,34结论(1纳米SiC颗粒在含量

15、很少时即对纯Al 有明显的强化作用,此时纳米SiC颗粒在基体中的分散比较均匀;当含量较高时则易于出现团聚,团聚会使SiC颗粒对Al的增强效果明显降低(21%SiC p(25nm/Al MMCs断裂机制为基体的韧性断裂;而当体积分数达到5%时,Al MMCs断裂机制为基体的韧性断裂和SiC团聚体的脆性断裂参考文献:1吕毓雄,毕敬,陈礼清,等SiC p尺寸及其基体强度对铝基复合材料破坏机制的影响J金属学报,1998,34(11:1188-1192(Lu Y X,Bi J,Chen L Q,et al.E ffects of p article size andmat rix strength on

16、 the failure mechanism of SiCpreinforce d aluminum matrix composit esJ.Acta Metal l Sin,1998,34(11:1188-1192.2Doel T J A,Bowen P.T ensile properties of part ic ula tereinforced met al matrix compositesJ posites Pa rt A,1996,27A(8:655-665.3Varma V K,Kamat S V,Kutumbarao V V.Tensilebe havior of powder

17、 me tallurgy processed(Al-Cu-Mg/SiC pcom posit esJ.M ater S ci Technol,2001,17(1:93-101.655东北大学学报(自然科学版第26卷4Arsen ault R J ,Shi N .Dislocation g eneration du e to differe nces between th e coefficients of ther mal expansion J .Mater Sci Eng ,1986,81(2:175-187.5武高辉,赵永春,马森林亚微米级Al 2O 3颗粒增强L D 2铝合金复合材料的

18、拉伸性能与强化机制J 复合材料学报,1998,15(3:21-26(Wu G H ,Zhao Y C ,Ma S L .Tensile properties and stre ngthening mecha nisms of LD 2Al alloy composit es reinforced wi th submicron Al 2O 3part iculat es J .Acta M ater Com p Sin ,1998,15(3:21-26.6M alch ere A ,Grosbras M ,Demenet J L ,et al .Study of an Al composi t

19、es reinforced with nanometric SiC particles ,produced by mec hanical alloying J .M ater Sci Foru m ,1996,225-227:763-768.7M a Z Y ,Li Y L ,Liang Y ,et al .Na nometric Si 3N 4particulate -reinforced aluminum composi te J .M ater S ci E ng ,1996,A 219(2:229-231.8肖永亮金属基复合材料的仿生愈合探讨及纳米SiC p /Al 与微米SiC p

20、/Al 复合材料对比研究D 沈阳:中国科学院金属研究所,1996.56-110(Xiao Y L .Studies of mimic healing of met al matrix composites and n anosize SiC p /Al by comparison with micron SiC p /Al metal matrix composites D .Shenyang :Institut e of M etal Researc h ,Chinese Aca demy of Sciences ,1996.56-110.9Miller W S ,Humphreys F J

21、 .Strengthening mech anisms in part iculat e met al matrix composites J .Scr M etall Mater ,1991,25(1:33-39.10克莱因T W ,威瑟斯P J 金属基复合材料导论M 余永宁,房志刚译北京:冶金工业出版社,1996,218-227(Clyn e T W ,Wither P J .A n introduct ion to metal mat ri x composi tes M .T ranslate d by Yu Y N ,Fa ng Z G .Beijing :M etallurgica

22、l Industry Press ,1996.218-227.Tensile Properties of SiC Nanoparticle Reinforced Pure Aluminum Matrix CompositesHE Chun -lin 1,L IU Chang -sheng 1,SU N Xu -dong 1,CAI Qing -kui2(1.School of Materials &Metallurgy ,Northeastern University ,Shenyang 110004,China ;2.Depart ment of Materials Science and

23、Engineering ,Shenyang University ,Shenyang 110044,China .Correspondent :HE Chun -lin ,professor ,E -mail :chunlinhe hotmail Ab s tra ct :The SiC nanoparticle reinforced pure aluminum metal matrix composites (Al MMCs were prepared through a powder metallurgy technique .Their microstructures and tensi

24、le properties were investigated .The results showed that SiC nanoparticles enhance the strength of pure aluminium significantly even if their content is very low ,with the nanoparticles uniformly dispersed in the Al matrix .However ,when the content becomes higher ,the SiC nanoparticles are easily a

25、gglomerated to lower their strength enhancement effect on aluminum .The tensile fracture showed that the damage mechanism of the Al MMCs changes with the changing content of SiC nanoparticles .Ke y w o rd s :Al ;SiC nanoparticle ;metal matrix composite ;microstructure ;tensile property(Received Sept

26、ember 16,2004待发表文章摘要预报浮游球衣菌的分离及其对铅离子的吸附性能秦玉春,关晓辉,魏德洲,沈岩柏利用改进后的菌种分离方法,从某污水中分离得到一菌株研究了该菌株的菌落形态特征、菌株形态特征、生理生化特性、生长曲线、菌种保藏方法及其对Pb 2+的吸附特性经研究确定该菌株为第十四群鞘细菌类(sheathed bacteria 球衣菌属(Sphaerotilus 浮游球衣菌(Sphaerotilus natans 吸附实验结果表明:浮游球衣菌对Pb 2+有很好的吸附效果,在10min 内即可达到吸附平衡;在pH 值约为5.5,菌的质量浓度为0.6g /L ,铅离子初始质量浓度不大于20

27、mg /L 时,Pb 2+去除率接近100%微生物絮凝剂BS -5的筛选及其特性胡筱敏,董怡华,李亮从河水底泥中筛选出一株高效稳定的微生物絮凝剂产生菌BS -5对该菌培养条件进行优化后,BS -5产生的絮凝剂对高岭土悬浮液的絮凝率可达97.5%研究了微生物产生菌BS -5培养时间与其培养液絮凝性能的关系,培养液中絮凝活性的分布以高岭土悬浮液为研究对象,考察了MBFBS -5的用量、pH 值对絮凝性能的影响和热稳定性能结果表明,MBFBS -5具有培养时间短,用量小,pH 值应用范围广,热稳定性能高等优点啤酒废水的净化处理结果表明,BS -5产生的絮凝剂具有良好的絮凝作用,COD Cr 去除率可

28、达79.2%755第6期贺春林等:纳米SiC 颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能包装学报PackagingJournal Vol.3No.1Jan.2021第3卷第1期2021年1月植物纤维增强聚丙烯复合材料力学性能的研究曾广胜,徐成,林瑞珍,许超,江太君,刘跃军(湖南工业大学包装新材料与技术重点实验室,先进包装材料与技术湖南省普通高校重点实验室,湖南株洲412007摘要:以聚丙烯(PP、废瓦楞纸板制取的植物纤维为原料,采用马来酸酐接枝聚丙烯(MAH-g-PP、铝酸酯偶联剂、铝钛偶联剂为界面相容剂,研究了植物纤维增强PP 复合材料的力学性能。结果表明:未添加界面相容剂时,随着植物纤维用量的增加,复

29、合材料冲击强度急剧下降,弯曲强度和拉伸强度上升;添加界面相容剂MAH-g-PP 后,当植物纤维的质量分数为30%时,复合材料的弯曲强度和拉伸强度均达到最大值;在MAH-g-PP、铝酸酯偶联剂、铝钛偶联剂三者中,MAH-g-PP 改善植物纤维与PP 之间的界面相容性效果最佳;当MAH-g-PP 添加质量为植物纤维添加质量的10%时,复合材料的冲击强度、拉伸强度、弯曲强度及综合性能最佳。关键词:木塑复合材料;PP;植物纤维;力学性能;相容剂中图分类号:TB332文献标志码:A文章编号:1674-7100(202101-0044-04ExplorationofMechanicalPerformanc

30、esofFiberReinforcedPPCompositesZengGuangsheng,XuCheng,LinRuizhen,XuChao,JiangTaijun,LiuYuejun(KeyLaboratoryofNewMaterialsandTechnologyforPackaging,KeyLaboratoryofAdvancedMaterialsandTechnologyforPackagingofHunanCollegesandUniversities,HunanUniversityofTechnology,ZhuzhouHunan412007,ChinaAbstract :PPa

31、ndrecycledcorrugatedpaperboardastherawmaterialandMAH-g-PP,aluminumesterandaluminum-titaniumcompoundcouplingagentwereusedtoinvestigatethemechanicalperformanceoffiberreinforcedPPcomposites.The resultsshowthat:thetensilestrengthincreaseswhiletheimpactstrengthdecreaseswiththeloadingoffiberwithoutsolubil

32、izer;boththebendingandtensilestrengthreachesthehighestpointwhentheMAH-g-PPloadingstaysat30wt%;amongthethree mentionedcouplingagents,MAH-g-PPissuperiortomodifytheinterface;theimpactstrength,tensilestrengthandbending strengthobtainanoptimizedvaluewhentheMAH-g-PPcontentis10%tofiberfilled.Keywords :wood

33、-plasticcomposite;polypropylene;fiber;mechanicalproperties;compatibility收稿日期:2021-08-31基金项目:国家自然科学基金资助项目(10972076,10672197,湖南省杰出青年基金资助项目(07JJ1001,湖南省自然科学基金资助项目(09JJ6083,湖南省教育厅基金资助项目(09C317,09C318,湖南省高校科技成果产业化培育基金资助项目(09CY0160前言木塑复合材料价格低廉,性能优良,使用方便,可锯、刨、钉,既保留了木材在加工性能方面的优势,又克服了木材不耐用怕虫蛀的缺点。因此,木塑复合材料可以替

34、代外运货物时常用的木制包装材料和铺垫材料,也可用于化工行业的耐腐工棚、装饰板、地板、通道、台架,及铸造模型、机器罩、水泵壳、电器用材等1。然而植物纤维性能与树脂基体表面性能不同,因此两者复合时界面黏接的效果较差,从而导致复合材第1期45料的力学性能降低。为解决这一问题,前人做了较多研究2-6,如Nenkova等人在含10%体积分数的马来酸酐的丙酮溶液中,采用过氧化二苯甲酰(b e n z o y l peroxide,BPO和过氧化二异丙苯(dicumylperoxide, DCP引发马来酸酐对植物纤维进行表面改性,增加了界面的黏合力,所制得的聚乙烯(polypropylene,PP基木塑复合

35、材料的力学性能有了较大的提高2;Demir 等人分别采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(3-aminopropyl triethoxysilane,AS、3-(三甲氧基甲硅烷基-1-丙硫醇(3-mercaptopropyltrimethoxysilane,MS和马来酸酐接枝聚丙烯(maleicanhydridegraftedpolypropylene, PP-g-MAH作为PP/丝瓜纤维复合材料的界面改性剂,改善了聚合物与丝瓜纤维复合材料的相容性,提高了其力学性能和抗吸湿性能3。木塑复合材料的应用越来越广泛,在确保材料优良性能的同时降低材料的成本是这方面的研究热点。植物纤维含量越高,成本越低,但纤维

36、与基体树脂界面间的弱结合力使得复合材料的力学性能下降,相容剂可有效改善两者间的界面结合力,提高材料的性能。本文以PP、废瓦楞纸板制取的植物纤维为原料,采用MAH-g-PP、铝酸酯偶联剂、铝钛偶联剂为界面相容剂,研究了植物纤维填充量、相容剂种类及用量对植物纤维增强PP复合材料的力学性能影响。1实验部分1.1实验原材料PP:T30S,中国石化;MAH-g-PP:南京德巴化工;铝酸酯偶联剂:辽化集团;铝钛偶联剂:佛山市南海柏晨高分子新材料;抗氧剂1010:深圳市龙岗区平湖多彩化工;润滑剂、硬脂酸(工业级:宁波万盟新材料科技。1.2仪器及设备双螺杆挤出机:CTE-35科倍隆科亚(南京机械;注射成型机:

37、HTF90W1,宁波海天股份;电子万能拉力机:CMT-6000型,深圳三思计量;冲击试验机:XJJ-50J,承德大华试样机。1.3复合材料的制备1将从废品回收站购买的废瓦楞纸板于水中浸泡30h后在粉碎机中粉碎,再于110电热恒温鼓风干燥箱中干燥48h,冷却后即得所需植物纤维。2将冷却后的植物纤维、PP树脂、相容剂及各种助剂在高速混合机中共混15min,然后在双螺杆挤出机上于170195条件下挤出造粒。3将粒料干燥24h后注塑成型制得试验用样条。1.4性能测试按国家标准测试所得样条的力学性能:拉伸强度按GB/T10401992进行;悬臂梁缺口冲击强度按GB/ T18431996进行;弯曲强度按G

38、B/T93412000进行。2结果与讨论实验中固定抗氧剂1010的添加质量为PP添加质量的0.5%,润滑剂的添加质量为PP添加质量的2%。2.1植物纤维添加质量分数对P P木塑复合材料力学性能的影响植物纤维添加质量分数对P P木塑复合材料的拉伸强度、抗弯弹性模量、弯曲强度、冲击强度等力学性能的影响见图1。 a拉伸强度 b抗弯弹性模量c弯曲强度曾广胜,等植物纤维增强聚丙烯复合材料力学性能的研究包装学报462021年由图1中ac图可知,随着植物纤维添加质量分数的增加,复合材料的拉伸强度、抗弯弹性模量、弯曲强度均呈先上升后下降的趋势。当植物纤维添加质量分数约为30%时,复合材料的各性能强度均达最大值

39、,相对于纯PP,其拉伸强度提高了33.8%,抗弯弹性模量提高了168.6%,弯曲强度提高了29.5%。当植物纤维添加质量分数超过30%后,复合材料的各性能强度逐渐降低。这是因为:植物纤维作为增强填料,有一定的长径比和较高的比强度,当其含量在一定的范围内时,填料能对复合材料的性能起增强作用。当纤维含量达到一定程度(添加质量分数为30%时,植物纤维在PP基体中能形成连续相,聚丙烯分布于植物纤维的微纤维表面空隙中,成为植物纤维间的黏合剂。此时,基体中的植物纤维含量较多,会使得植物纤维间出现相互接触、交叉、甚至缠绕的情形,从而使得其力学性能提高。但由于植物纤维与树脂间界面结合较差,同时随着植物纤维含量

40、的进一步增大,植物纤维的分散性变差,凝聚现象加剧,易产生应力缺陷,从而使得复合材料的力学性能下降。由图1中d图可知,植物纤维的加入使得木塑复合材料的冲击强度降低,相对于纯PP,其冲击强度下降了18.9kJ/m2。这是因为植物纤维的韧性较差,加入植物纤维后使得复合材料的冲击强度降低。同时纤维含量的增加使植物纤维的凝聚现象加剧,植物纤维颗粒的应力集中及产生缺陷几率增大,从而使得体系的冲击强度降低。2.2相容剂种类对PP木塑复合材料力学性能的影响本实验主要考虑MAH-g-PP、铝酸酯偶联剂、铝钛偶联剂3种相容剂对植物纤维增强PP复合材料力学性能的影响,且实验中固定3种相容剂的添加质量均为植物纤维添加

41、质量的5%,所得结果见图24。从图2和3可看出,添加等质量的MAH-g-PP、铝酸酯偶联剂、铝钛偶联剂3种相容剂,均使得复合材料的拉伸强度、弯曲强度在植物纤维添加质量分数为30%左右时达最高值,其中MAH-g-PP处理的效果最好,铝钛偶联剂次之。由图4可看出,经相容剂处理后的复合材料的冲d冲击强度图1植物纤维添加质量分数对复合材料力学性能的影响Fig.1Effectoffibercontentsonmechanical properticsofcomposites 图2不同相容剂对复合材料拉伸强度的影响Fig.2Effectofcompatibilitiesoncompositestensil

42、estrength图3不同相容剂对复合材料弯曲强度的影响Fig.3Effectofcompatibilitiesoncomposites bulkingstrength图4不同相容剂对冲击强度的影响Fig.4Effectofcompatibilitiesoncomposites impactstrength第1期47击强度均随植物纤维添加质量分数的增大而降低,其中经铝钛偶联剂处理后的复合材料的冲击强度最佳,经MAH-g-PP 处理后的复合材料的冲击强度较差。这是因为与铝酸酯和铝钛偶联剂相比,MAH-g-PP 分子链上接枝的酸酐基团与植物纤维表面层纤维素上的羟基在受热时更易生成酯键,从而使两者通

43、过化学键结合,加之MAH-g-PP 与PP 基体有良好的相容性,通过其与PP 分子的缠结作用使植物纤维与基体PP 有着很强的结合力,从而使经MAH-g-PP处理的植物纤维填充PP 有更好的拉伸强度和弯曲强度。但因MAH-g-PP 本身质脆,且与铝酸酯、铝钛偶联剂相比其分子链变形能力差,受冲击时吸收的冲击功小,所以其冲击性能较差。2.3相容剂添加质量分数对P P 木塑复合材料力学性能的影响本实验中固定植物纤维的添加质量分数为30%,改变纤维中MAH-g-PP 的添加质量分数,考查其对复合材料力学性能方面的影响,结果如图5所示。 由图5可知,在一定用量范围内,MAH-g-PP 对植物纤维填充PP

44、有明显的增容作用。在纤维中MAH-g-PP 的添加质量分数达10%之前,复合材料的拉伸强度、冲击强度和弯曲强度均随MAH-g-PP 添加质量分数的增加而增大,之后复合材料的各性能强度均有所降低,在MAH-g-PP 添加质量分数为植物纤维的10%时,复合材料的各项性能强度最高。这是因为相容剂用量的增加,在植物纤维与PP 间起增容作用的接枝物也相应增加,因而当植物纤维填充量相同时提高了植物纤维与PP 的相容性;但用量超过一定范围后,复合材料中未起增容作用的接枝物逐渐增多,在塑料基体和植物纤维间形成多分子层,造成纤维和树脂界面结构不均匀,反而消弱了两者的相容性,从而使得复合材料的力学性能降低。3结论

45、1未添加相容剂时,植物纤维添加量对木塑复合材料的力学性能影响很大,当其添加质量分数为30%时,木塑复合材料的抗拉强度和抗弯强度均达到最大值,而冲击强度随着植物纤维的加入明显下降。2MAH-g-PP 对植物纤维增强PP 复合材料增容作用较铝酸酯偶联剂、铝钛偶联剂好。3MAH-g-PP 用量对复合材料力学性能有较大影响,当其添加质量分数为植物纤维的10%时,复合材料的拉伸强度、冲击强度和弯曲强度均达最大值。参考文献:1鲁礼娟.我国木塑复合材料的生产现状及发展趋势J.木材加工机械,2021,40(6:40-41.LuLijuan.TheCurrentProductionStatusandDevelo

46、pment TrendofWoodPolymerCompositesinChinaJ.Wood ProcessingMachinery,2021,40(6:40-41.2NenkovaS,DobrilovaC,NatovM,etal.Modificationof WoodFlourwithMaleicAnhydrideforManufactureofWood-PolymerCompositesJ.PolymerandPolymerComposites,2006,14(2:185-194.3DemirH,AtiklerU,BalkoseD,etal.TheEffectofFiber SurfaceTreatmentsontheTensileandWaterSorption PropertiesofPolypropylene-FluffFiberCompositesJ.CompositesPartA:Applie