碳纤维增强木纤维/聚乙烯复合材料的制备及性能研究
发布时间：2020-12-29 13:33
木塑复合材料（WPC）作为一种环保材料已被广泛的应用于建筑装饰、汽车、家具等领域。但是木塑复合材料由于其力学性能不高,只能应用于对力学强度要求不高的场所,因此提高木塑复合材料的综合力学强度对于扩大木塑复合材料的使用范围具有极其重要的作用。本论文使用碳纤维代替木塑复合材料中部分木纤维,研究了碳纤维添加量、碳纤维表面处理、碳布木塑板组合工艺结构以及不同的加工工艺对复合材料力学性能和其他性能的影响。（1）分别使用短切碳纤维（SCF）和连续长碳纤维（LCF）增强木纤维/高密度聚乙烯（WF/HDPE）复合材料,探究碳纤维用量对木塑复合材料性能的影响。短碳纤维用量为10%1时,复合材料的拉伸强度最高,提高了31.2%；短纤维用量为6%时,弯曲强度和冲击强度达到最大,分别提高了22.1%和24.4%。连续长碳纤维用量为4%时,复合材料的拉伸强度达到最大,提高了185%；长碳纤维用量为5%时弯曲强度和冲击强度达到最大,分别提高了78%和352%。（2）使用气相、液相、气液双效三种改性方式处理碳纤维,经过改性后碳纤维可使WF/HDPE复合材料的综合力学性能、热力学机械性能、蠕变性能均得到显著提高,其中气...
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PAN基碳纤维的结构及界面相}1g.1-1StructureandinterfaceofPAN-basedcarbonfiber
图３－１不同短碳纤维用量的复合材料断面形貌图（ｌＯＯＯＸ）??Ｆｉｇ．?３－１?Ｓｅｃｔｉｏｎ?ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ａｍｏｕｎｔｓ?ｏｆ?ｓｈｏｒｔ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｉｂｅｒ?ｃｏｎｉｐｏｓｉ化（１０００?Ｘ）??图３－１是不加碳纤维空白木塑组、短碳纤维用量４％和１０％时复合材料的断面微观??形貌，从中可看到短碳纤维在树脂基体中的分布情况。不加碳纤维的ＣＦ０组，木纤维??作为增强相散落的分布在树脂基体中；加入短碳纤维用量４％时，可Ｗ明盈看到有碳纤??维存在及少量拔出空洞，这是材料受力断裂时纤维被拔出树脂基体时留下的；当短碳??纤维含量继续增加到１０％时，碳纤维分布的比较集中，不太均匀，而且看到有更多的空??洞，没有纤维的断裂现象，说明纤维拔出是受力的主要破坏形式，孔洞的存在还说明碳??纤维与树脂集体界面粘接不牢固，所受到载荷时大部分纤维被拉出基体而不是受力发??生断裂。这不利于碳纤维发挥其高强度性能。??３．１．２短切碳纤维用量对复合材料拉伸性能的影响??本章采用上述２．２．１中实验方法制备ＳＣＦＡＶＦ／ＨＤＰＥ复合材料试样，对复合材料测??试结果及分析如下。??－２５－??
Ｓ：?Ｊ?Ｊ??麵ｋｌＭ??ＷＰＣ?ＣＦ３１３?ＣＦ２３２?ＣＦ１５１?ＣＦ０７０??图５＾３碳布増强木塑复合材輯的弯曲强度??Ｆｉｇ．５－３?Ｆｌｅｘｕｒａｌ?ｓｔｒｅｎｇ化?ｏｆ?ＣＦＣ／ＷＰＣ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ??由图５－３可知，不论是ＷＦ／ＰＥ复合材还是ＷＦ／ＰＰ复合材，碳布的加入盈著提高了??复合材料的弯曲强度。并且随芯层厚度的增加，表层厚度的减小，两种树脂基木塑复合??材料的弯曲强度都在增加。ＣＦ０７０组合即当碳布铺放在木塑板上下表层时，复合材料的??弯曲强度值最高，ＣＦ／ＷＦ／ＰＥ复合材料弯曲强度达到６２．１６ＭＰａ，比纯ＷＦ／ＰＥ复合材料??（２７．３９）提高了?１２７％；?ＣＦ０７０组合ＣＦ／ＷＦ／ＰＰ复合材料弯曲强度达到９２ＭＰａ，比纯??ＷＦ／ＰＰ复合材料（３７．１２）提高了?１４８％。送种变化趋势说明碳布位置越接近于表层越能??有效的分担外来载荷，提离整个复合材料的刚性，而聚丙蹄本身比聚乙帰的强度和刚度??都要高，所Ｗ碳布增强后ＰＰ基木塑比ＰＥ基木塑强度高。??６?－Ｉ??ｍ?ＣＦ／ＷＦ／ＰＥ??１?ＣＦ／ＷＦ／ＰＰ??ｋｉｌｌ??ＷＰＣ?ＣＦ３１３?ＣＦ２３２?ＣＦ１５Ｉ?ＣＦ０７０??團备４碳布増强木塑复合材料弯曲模量??Ｆｌｇ．５－４?巧ｅｘｕｉａｌ?ｍｏｄｕｌｕｓ?ｏｆ?ＣＦＣ／ＷＰＣ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ??从图５－４中看出
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维增强木粉/聚乙烯复合材料的制备及其力学性能[J]. 杜凤,王伟宏. 南京林业大学学报(自然科学版). 2015(02)
[2]玄武岩纤维增强木塑复合材料的力学性能[J]. 关苏军,万春风,汪丽娜,徐英莲,陈锦祥. 复合材料学报. 2011(05)
[3]Kevlar纤维-木粉/HDPE混杂复合材料的制备与性能[J]. 欧荣贤,赵辉,王清文,隋淑娟,王海刚. 高分子材料科学与工程. 2010(10)
[4]碳纤维树脂基复合材料发展现状及前景展望[J]. 唐见茂. 航天器环境工程. 2010(03)
[5]电化学改性PAN基碳纤维表面及其机理探析[J]. 郭云霞,刘杰,梁节英. 无机材料学报. 2009(04)
[6]复合处理碳纤维增强聚酰亚胺复合材料力学性能[J]. 高鑫,宋艳江,王晓东,黄培. 复合材料学报. 2009(03)
[7]木塑复合材料的研究与展望[J]. 董淑娟,周根树. 材料导报. 2009(09)
[8]基于复合材料产业分析研究[J]. 贾少栋. 化学工程与装备. 2009(03)
[9]热塑性树脂基纳米复合材料研究与应用[J]. 王丹,宋湛谦,商士斌. 生物质化学工程. 2008(05)
[10]碳纤维及其复合材料的发展及应用[J]. 上官倩芡,蔡泖华. 上海师范大学学报(自然科学版). 2008(03)
博士论文
[1]纤维尺寸及分布对WPCs力学性能的影响[D]. 曹岩.东北林业大学 2013
[2]竹纤维复合材料的组织设计、制备与性能研究[D]. 张庐陵.南京林业大学 2009
[3]碳纤维/乙烯基酯树脂拉挤复合材料的制备及应用研究[D]. 李鹏.北京化工大学 2005
硕士论文
[1]PET纤维增强HDPE木塑复合材料的成型工艺与性能[D]. 程然.东北林业大学 2014
[2]水泥乳化沥青胶浆的粘附性能研究[D]. 王琼.长安大学 2013
[3]液氮浸渍对C/BMI复合材料性能的影响[D]. 王绍权.哈尔滨工业大学 2012
[4]连续碳纤维增强ABS及其合金[D]. 张祺鑫.北京化工大学 2012
[5]双螺杆挤出法制备碳纤维增强聚碳酸酯复合材料的研究[D]. 李春华.青岛大学 2010
[6]木塑复合材料的界面化学及材料性能研究[D]. 王君.北京林业大学 2007
[7]短碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备及性能研究[D]. 李皓.天津大学 2006
本文编号：2945727
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PAN基碳纤维的结构及界面相}1g.1-1StructureandinterfaceofPAN-basedcarbonfiber
图３－１不同短碳纤维用量的复合材料断面形貌图（ｌＯＯＯＸ）??Ｆｉｇ．?３－１?Ｓｅｃｔｉｏｎ?ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ａｍｏｕｎｔｓ?ｏｆ?ｓｈｏｒｔ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｉｂｅｒ?ｃｏｎｉｐｏｓｉ化（１０００?Ｘ）??图３－１是不加碳纤维空白木塑组、短碳纤维用量４％和１０％时复合材料的断面微观??形貌，从中可看到短碳纤维在树脂基体中的分布情况。不加碳纤维的ＣＦ０组，木纤维??作为增强相散落的分布在树脂基体中；加入短碳纤维用量４％时，可Ｗ明盈看到有碳纤??维存在及少量拔出空洞，这是材料受力断裂时纤维被拔出树脂基体时留下的；当短碳??纤维含量继续增加到１０％时，碳纤维分布的比较集中，不太均匀，而且看到有更多的空??洞，没有纤维的断裂现象，说明纤维拔出是受力的主要破坏形式，孔洞的存在还说明碳??纤维与树脂集体界面粘接不牢固，所受到载荷时大部分纤维被拉出基体而不是受力发??生断裂。这不利于碳纤维发挥其高强度性能。??３．１．２短切碳纤维用量对复合材料拉伸性能的影响??本章采用上述２．２．１中实验方法制备ＳＣＦＡＶＦ／ＨＤＰＥ复合材料试样，对复合材料测??试结果及分析如下。??－２５－??
Ｓ：?Ｊ?Ｊ??麵ｋｌＭ??ＷＰＣ?ＣＦ３１３?ＣＦ２３２?ＣＦ１５１?ＣＦ０７０??图５＾３碳布増强木塑复合材輯的弯曲强度??Ｆｉｇ．５－３?Ｆｌｅｘｕｒａｌ?ｓｔｒｅｎｇ化?ｏｆ?ＣＦＣ／ＷＰＣ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ??由图５－３可知，不论是ＷＦ／ＰＥ复合材还是ＷＦ／ＰＰ复合材，碳布的加入盈著提高了??复合材料的弯曲强度。并且随芯层厚度的增加，表层厚度的减小，两种树脂基木塑复合??材料的弯曲强度都在增加。ＣＦ０７０组合即当碳布铺放在木塑板上下表层时，复合材料的??弯曲强度值最高，ＣＦ／ＷＦ／ＰＥ复合材料弯曲强度达到６２．１６ＭＰａ，比纯ＷＦ／ＰＥ复合材料??（２７．３９）提高了?１２７％；?ＣＦ０７０组合ＣＦ／ＷＦ／ＰＰ复合材料弯曲强度达到９２ＭＰａ，比纯??ＷＦ／ＰＰ复合材料（３７．１２）提高了?１４８％。送种变化趋势说明碳布位置越接近于表层越能??有效的分担外来载荷，提离整个复合材料的刚性，而聚丙蹄本身比聚乙帰的强度和刚度??都要高，所Ｗ碳布增强后ＰＰ基木塑比ＰＥ基木塑强度高。??６?－Ｉ??ｍ?ＣＦ／ＷＦ／ＰＥ??１?ＣＦ／ＷＦ／ＰＰ??ｋｉｌｌ??ＷＰＣ?ＣＦ３１３?ＣＦ２３２?ＣＦ１５Ｉ?ＣＦ０７０??團备４碳布増强木塑复合材料弯曲模量??Ｆｌｇ．５－４?巧ｅｘｕｉａｌ?ｍｏｄｕｌｕｓ?ｏｆ?ＣＦＣ／ＷＰＣ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ??从图５－４中看出
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维增强木粉/聚乙烯复合材料的制备及其力学性能[J]. 杜凤,王伟宏. 南京林业大学学报(自然科学版). 2015(02)
[2]玄武岩纤维增强木塑复合材料的力学性能[J]. 关苏军,万春风,汪丽娜,徐英莲,陈锦祥. 复合材料学报. 2011(05)
[3]Kevlar纤维-木粉/HDPE混杂复合材料的制备与性能[J]. 欧荣贤,赵辉,王清文,隋淑娟,王海刚. 高分子材料科学与工程. 2010(10)
[4]碳纤维树脂基复合材料发展现状及前景展望[J]. 唐见茂. 航天器环境工程. 2010(03)
[5]电化学改性PAN基碳纤维表面及其机理探析[J]. 郭云霞,刘杰,梁节英. 无机材料学报. 2009(04)
[6]复合处理碳纤维增强聚酰亚胺复合材料力学性能[J]. 高鑫,宋艳江,王晓东,黄培. 复合材料学报. 2009(03)
[7]木塑复合材料的研究与展望[J]. 董淑娟,周根树. 材料导报. 2009(09)
[8]基于复合材料产业分析研究[J]. 贾少栋. 化学工程与装备. 2009(03)
[9]热塑性树脂基纳米复合材料研究与应用[J]. 王丹,宋湛谦,商士斌. 生物质化学工程. 2008(05)
[10]碳纤维及其复合材料的发展及应用[J]. 上官倩芡,蔡泖华. 上海师范大学学报(自然科学版). 2008(03)
博士论文
[1]纤维尺寸及分布对WPCs力学性能的影响[D]. 曹岩.东北林业大学 2013
[2]竹纤维复合材料的组织设计、制备与性能研究[D]. 张庐陵.南京林业大学 2009
[3]碳纤维/乙烯基酯树脂拉挤复合材料的制备及应用研究[D]. 李鹏.北京化工大学 2005
硕士论文
[1]PET纤维增强HDPE木塑复合材料的成型工艺与性能[D]. 程然.东北林业大学 2014
[2]水泥乳化沥青胶浆的粘附性能研究[D]. 王琼.长安大学 2013
[3]液氮浸渍对C/BMI复合材料性能的影响[D]. 王绍权.哈尔滨工业大学 2012
[4]连续碳纤维增强ABS及其合金[D]. 张祺鑫.北京化工大学 2012
[5]双螺杆挤出法制备碳纤维增强聚碳酸酯复合材料的研究[D]. 李春华.青岛大学 2010
[6]木塑复合材料的界面化学及材料性能研究[D]. 王君.北京林业大学 2007
[7]短碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备及性能研究[D]. 李皓.天津大学 2006
本文编号：2945727
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