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竹原纤维/PLA复合材料性能的研究

作　者: 王溪繁
导　师: 王国和
学　校: 苏州大学
专　业: 纺织材料与纺织品设计
关键词: 复合材料 竹原纤维 PLA 复合材料性能 织物结构
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 320次
引　用: 4次
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内容摘要


竹原纤维是指采用独特的工艺从竹材中直接分离出来的纤维,具有密度低、强度大等特点。PLA是玉米秸秆等农作物经过发酵成乳酸后,由乳酸聚合而成,是一种低熔点的热塑性材料。竹原纤维/PLA复合材料力学性能优异,在土壤中可被微生物降解成二氧化碳和水,不污染环境。本文采用竹原纤维织物和PLA薄膜或长丝制作复合材料,研究其制作工艺和复合材料性能。1.对竹原纤维、PLA的结构与性能研究表明竹原纤维含有大量的亲水基团羟基,回潮率为11.59%,初始热降解温度319.91℃,竹原纤维的断裂强度为7.10cN/dtex;PLA薄膜的熔点为149℃。2.研究复合材料的热压工艺,通过热压时间、温度和压力三因素的单因子与正交试验,以复合材料拉伸强度为评价指标得出了最佳的热压工艺条件为:155℃、25min、15MPa;在此基础上,当竹原纤维的质量分数为46%时,复合材料纵向拉伸强度达到最大值76.69MPa。3.研究预处理对复合材料性能的影响,采用碱液和KH-550、KH-560、KH-570等硅烷偶联剂对竹原纤维表面预处理,复合材料的拉伸强度由76.69MPa,分别提高到103.26MPa、111.03Mpa、94.69MPa、92.59MPa,同时弯曲强度也得到了一定的提高;且扫描电镜分析表明经过预处理后的复合材料拉伸断裂截面较为平整。4.研究复合材料湿热老化性能和降解性能,复合材料在沸水中煮泡半个小时后,复合材料的吸水率在4%以下,在23℃水中浸泡30天后,复合材料的吸水率达到最大值10.41%,复合材料的拉伸强度有一定程度的降低。将复合材料在污泥中埋四个月,其表面破损严重,质量损失28.75%～37.31%,拉伸强度损失65.97%～79.78%。5.研究织物结构对复合材料力学性能的影响。采用竹原纤维纱线和PLA长丝交织成了11种织物,然后将该交织物和PLA薄膜叠层热压,当竹原纤维纱线和PLA长丝在纬向排列比为3?1,经纱捻度为90T/10cm、3/1斜纹时,复合材料纵向拉伸强度和弯曲强度达到最大值分别为72.98MPa、124.58MPa。

全文目录


中文摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章 绪论  9-18
  1.1 前言  9-13
    1.1.1 竹原纤维的化学组成及表面处理  9-12
    1.1.2 PLA 树脂的生产工艺及特性  12-13
  1.2 纤维增强可降解复合材料的研究现状与应用  13-16
    1.2.1 国外研究现状  13-14
    1.2.2 国内研究现状  14-15
    1.2.3 纤维增强复合材料的应用  15-16
  1.3 本课题研究的主要内容及意义  16-18
    1.3.1 主要研究内容  16-17
    1.3.2 主要研究意义  17-18
第二章 竹原纤维、PLA 的结构与性能研究  18-25
  2.1 竹原纤维的结构与性能  18-22
    2.1.1 竹原纤维的结构  18-20
    2.1.2 竹原纤维力学性能  20
    2.1.3 竹原纤维回潮率测试  20-21
    2.1.4 竹原纤维热学性能(TGA)  21-22
  2.2 PLA 的结构与性能  22-24
    2.2.1 PLA 的结构  22-23
    2.2.2 PLA 的热学性能  23-24
  2.3 本章小结  24-25
第三章 竹原纤维/PLA 复合材料的制备工艺  25-38
  3.1 试验材料、仪器及方法  25-26
  3.2 力学性能测试方法  26-28
    3.2.1 拉伸性能测试方法  26-27
    3.2.2 弯曲性能测试方法  27-28
  3.3 热压工艺以及竹原纤维质量分数的确定  28-37
    3.3.1 热压工艺参数单因子试验设计  28
    3.3.2 热压温度对复合材料力学性能的影响  28-30
    3.3.3 热压时间对复合材料力学性能的影响  30-31
    3.3.4 热压压力对复合材料力学性能的影响  31-33
    3.3.5 热压工艺的正交试验  33-34
    3.3.6 竹原纤维质量分数的确定  34-37
  3.4 本章小结  37-38
第四章 预处理对竹原纤维/PLA 复合材料性能的影响  38-56
  4.1 试验及测试方法  38-39
    4.1.1 预处理试验方法  38
    4.1.2 复合材料的湿热环境试验测试方法  38-39
    4.1.3 复合材料的降解性能测试方法  39
  4.2 预处理对竹原纤维结构与性能的影响  39-42
    4.2.1 热学性能(TGA)  39-40
    4.2.2 红外分析(FTIR)  40-41
    4.2.3 X-ray 衍射分析  41-42
    4.2.4 纵向形态分析(SEM)  42
  4.3 预处理对复合材料力学性能的影响  42-50
    4.3.1 碱液预处理对复合材料拉伸性能的影响  42-44
    4.3.2 硅烷偶联剂预处理对复合材料拉伸性能的影响  44-49
    4.3.3 预处理对复合材料弯曲性能的影响  49-50
  4.4 预处理对复合材料湿热老化性能的影响  50-51
  4.5 预处理对复合材料微观形貌的影响  51-52
  4.6 预处理对复合材料降解性能的影响  52-54
    4.6.1 外观变化情况  52-53
    4.6.2 质量变化情况  53-54
    4.6.3 拉伸强度变化情况  54
  4.7 本章小结  54-56
第五章 织物结构对复合材料力学性能的影响  56-63
  5.1 含竹原纤维织物的研制  57-58
    5.1.1 试样设备  57-58
    5.1.2 织造工艺  58
  5.2 纬向排列比对复合材料力学性能的影响  58-60
  5.3 织物组织对复合材料力学性能的影响  60
  5.4 织物经向纱线捻度对复合材料力学性能的影响  60-62
  5.5 复合材料经预处理后的力学变化情况  62
  5.6 本章小结  62-63
第六章 结论  63-65
参考文献  65-70
攻读硕士期间发表学术论文情况  70-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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