亚麻纤维复合材料的成型工艺及力学性能研究.pdf

崔萍,等;聚丙烯/亚麻纤维复合材料的成型工艺及力学性能研究
聚丙烯/亚麻纤维复合材料的成型工艺及力学性能研究
崔萍楚晓艾宏玲陈莉萍王雪梅戴黎春
(兰州理工大学机电工程学院,兰州730050)
摘要选取聚丙烯(PP)纤维为基体材料,亚麻纤维为増强材料。运用正交设计法,探讨了PP/亚麻纤维复合材
料的模压成型工艺。研究分析了两种纤维的质量比、模压温度、热压保温时间对复合材料力学性能的影响。结果表
明,两种纤维的质量比为50:50模压温度为180℃、热压保温时间为60min时,P∥亚麻纤维复合材料的力学性能最
佳
关键词聚丙烯/亚麻纤维复合材料质量比模压成型エ艺热压保温时间力学性能
近年来,天然植物纤维以其质轻、价廉、易得和混合质量比。
环境协调性优异等特点而引起人们的关注。在各种1实验部分
天然纤维中,麻类纤维除具有价廉、可再生性好、分1.1.主要原材料
布广等特点外,还具有拉伸强度、结晶度、取向度、模
亚麻纤维:脱胶处理,兰州三毛股份有限公司
量均较高等优点,称为高性能天然纤维。同时,麻类
PP纤维:密度约为0.91g/em3,长度38mm,甘
纤维微观结构独特,连续长度较长,具有较好的加工肃纺织研究所。
性!1-3。国外对麻类纤维复合材料及其制品的研究1.2主要设备及仪器
开发工作进展较早,目前已经将大量麻类纤维用作
平板硫化机:QLB25-Q350×350x2型,青岛
木材、玻璃纤维的替代品来增强聚合物基体(,用光越橡胶机械制造有限公司
作建筑工业中的装潢材料、汽车工业中的内装饰板
梳理机;双锡林双道夫,青岛宏鼎机械有限责任
材、车用零部件等材料,并在欧美等国家逐渐形成高公司
新产业6-8。其中,麻纤维在汽车加固材料上的应
微机控制电子万能试验机:WDW-100型,济
用研究已经取得了较大进展,并逐步走向产业化。南君澜试金试验设备有限公司。
亚麻纤维具有高强度、高模量、耐摩擦、耐高温、1.3实验方案
散热快、吸尘率低、无静电、耐酸碱、在水中不易腐烂
亚麻纤维与PP纤维以不同质量比混合,然后
等特点,且其本身表现出了复合材料的特征,高取向模压成型。PP与亚麻质量比选取了60:40、50:50
度、高结晶度使纤维强韧,拉伸强度较大,可作为复40:603个水平。笔者选用平板硫化机为模压成型
合材料的增韧纤维,而且亚麻容易种植、生长周期机,为保证PP纤维能热熔并能完全流动,根据P2
短、价格低廉、可生物降解、便于回收利用,是追求绿的熔融温度,模压温度选择了170、180、190℃3个
色环保的首选增强纤维原料。亚麻在我国资源充水平。热压保温时间由平板碗化机自动控制,温度
足,作为产业用原材料有利于环境保护和可持续发升到设计的模压温度后,采用保温压制,根据经验,
展,具有一定的社会意义。
保温时间选择了40、60、80min3个水平。由于笔者
聚丙烯(PP)纤维强度和初始模量较高,在高应
所用平板硫化机的工作压力不能调节,故制作试样
力下的模量和断裂强度高于涤纶,是一种强韧的纤时工作压力保持为12.5MPea
维。以PP为树脂基体的热塑性复合材料,具有优
利用正交设计方法,设计不同模压温度(A)、不
异的力学性能,低廉的价格,耐腐蚀和无毒性,可重同P:亚麻质量比(B)、不同热压保温时间(C)的实
复加工和使用,可避免产生三废,有利于环保。
验方案,即3因素3水平表,见表1。
笔者选取PP纤维为基体材料,亚麻纤维为增1.4复合材料板材的制备
强材料。利用亚麻纤维和可降解PP纤维混合成网
(1)纤维的开松与混合
后,热压成型制得全降解型复合材料,研究模压温
先将亚麻工艺纤维切成10mm长,与PP纤维
度、热压保温时间、两种纤维混合质量比对复合材料
*甘肃省自然科学基金资助项目(3ZS062-B25-035
力学性能的影响,确定了最佳模压工艺与最佳纤维
收稿日期:2010-01-2
工程塑料应用
2010年,第38卷,第4期
表13因素3水平因子水平表
试样在受力时滑脱或夹持过紧在夹口处损坏,
水平
因素
(3)拉伸试验在微机控制电子万能试验机上进
A/C
n
行,拉伸速度为5mm/min、钳距为100mm;弯曲试
验采用三点弯曲法,弯曲速度为5mm/min,跨距为
40:60
95mm。
平均长度一样,并在亚麻与PP纤维混合前进行适2.3结果与讨论
当的开松,使其能更好的均匀混合。
根据正交设计方案,复合材料板材各项性能测
(2)纤维梳理与成网工艺
试结果见表2。表3示出正交设计各项指标测试结
表2正交设计各项指标的测试结果
将经过初步开松与混合的纤维原料梳理成基本
由单纤维组成的薄网。笔者采用双锡林双道夫的梳
实验号因素」拉伸强度?拉伸弹性弯曲强度/弯曲弹性
理机梳理成单纤维的薄网。将梳理机输出的薄网通
过交又式铺叠成网方法铺叠成一定厚度的纤维网。
2{11212123.60
31.41
3113320.96
研究?表明,铺叠层数至少6~8层,层数越多,纤维
421
33,7
网均匀度越好,但超过一定层数后,均匀度改善不显
51221334.46
著。为保证纤维网的均匀度,选择铺网层数为8层。
3」30.12
最后将纤维网裁剪成250mmx200m的矩形并称
83121
重,每块纤维网的质量约为55g。
93132131.04
3.86
30.35
(3)热压成型工艺路线
表3正交设计各项指标浏试结果的极差、优方案分析
将脱模剂均匀涂抹在平板模的上、下表面→将
项目
数值
裁剪好并称好质量的纤维网放入平板模内一将平板
72.82
87.03
模放人平板硫化机内→加压12.5MPa,加温至正交
87.18
K395.71
85.54
设计温度一按正交设计时间进行保温保压→卸压
拉伸强度
自然冷却至室温→脱模、板材修整。
29.01
29.06
31.90
笔者制备的复合材料板材厚度为2mm,质量约
极差
为50
优方案
结果与讨论
12.16
13.24
试样制备
11.45
复合材料试样的几何尺寸为120mmx10mm
拉伸弹性模
4.05
量/GP
4,41
2mm,在拉伸性能测试中为了防止夹头夹断纤
维,保障试样断裂尽可能发生在中部,在试样的端部
极差
1.02
1.41
0.08
优方案
粘结了加强片,加强片选用长x厚为30mx3mm
91.33
的铝板制作,胶接加强片所用的胶粘剂为环氧树脂,
98.7
两侧加强片在粘结中对称,形成亚铃状。图1为拉
89.3595.35
伸试样形状示意图。
弯曲强度/
31.84
30
极差
优方案
图1拉伸试样形状示意图
5.18
2.2实验条件
(1)试样状态调节和拉伸性