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无机粉体/异形纤维/树脂基复合材料的制备、表征及性能研究

作　者: 孙强
导　师: 黄关葆；汪小朋
学　校: 北京服装学院
专　业: 材料学
关键词: 纳米碳酸钙异形纤维树脂基复合材料力学性能硅烷偶联剂
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文仿照“钢筋水泥混凝土”结构,分别选用热塑性树脂聚丙烯和热固性树脂氰酸酯为聚合物基体,无机粉体为碳酸钙,异形纤维选用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）,截面形状分别为圆形、扁平形、三角形。通过熔融共混法和浇注法制备碳酸钙/异形纤维/树脂基复合材料。研究了碳酸钙的表面处理、碳酸钙/异形纤维/树脂基复合材料的结构与性能的关系。采用不同的改性剂对碳酸钙进行表面改性,通过SEM观察碳酸钙的分散情况。结果表明,硅烷偶联剂对碳酸钙的表面处理效果好于硬脂酸。通过对树脂基复合材料的力学性能研究,发现,随着碳酸钙质量分数、颗粒尺寸的增加,其在树脂基体里的缺陷尺寸逐渐增大,复合材料的力学性能下降;纤维增强树脂基复合材料的屈服强度、拉伸强度、冲击强度和储能模量比纯树脂基体都有了一定的提高,但是纤维截面形状不同对树脂基复合材料的增强效果不同,其中比表面积最大的三角形纤维增强效果最佳。当CaCO₃尺寸为纳米级,质量分数为3%（2%偶联剂处理）、纤维长径比为80（4mm）、体积分数为2%（4%偶联剂处理）,制得的聚丙烯基复合材料的屈服强度比纯PP提高近21%,弹性模量提高了约82%,储能模量提高了约22%;当纳米CaCO₃质量分数为2%（2%偶联剂处理）、纤维长径比为80（4mm）、体积分数为1%（4%偶联剂处理）,制得氰酸酯复合材料冲击强度比纯氰酸酯树脂提高了约20%。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-30
  1.1 复合材料发展史  9-10
  1.2 复合材料的结构与特点  10-12
    1.2.1 复合材料的基本结构  10-11
    1.2.2 复合材料的特点  11-12
      1.2.2.1 复合材料的可设计性  11
      1.2.2.2 材料与构件制造的一致性  11-12
      1.2.2.3 复合材料的不足  12
  1.3 复合材料的分类  12-28
    1.3.1 纤维增强复合材料  12-17
      1.3.1.1 玻璃纤维增强复合材料  13-14
      1.3.1.2 碳纤维增强复合材料  14
      1.3.1.3 芳纶增强复合材料  14-15
      1.3.1.4 超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料  15-16
      1.3.1.5 碳化硅纤维增强复合材料  16
      1.3.1.6 氧化铝纤维增强复合材料  16-17
    1.3.2 异形纤维增强复合材料  17-22
      1.3.2.1 异形纤维的发展状况  17-18
      1.3.2.2 异形纤维的分类及其应用  18-20
      1.3.2.3 异形纤维在复合材料上的应用  20-22
    1.3.3 颗粒增强复合材料  22-26
      1.3.3.1 纳米碳酸钙增强复合材料  23-24
      1.3.3.2 纳米二氧化硅增强复合材料  24-25
      1.3.3.3 纳米蒙脱土增强复合材料  25
      1.3.3.4 纳米二氧化钛增强复合材料  25-26
    1.3.4 薄片增强复合材料  26
    1.3.5 叠层复合材料  26
    1.3.6 金属基复合材料  26
    1.3.7 非金属基体复合材料  26-28
      1.3.7.1 热塑性复合材料  27
      1.3.7.2 热固性树脂基复合材料  27
      1.3.7.3 陶瓷基复合材料  27
      1.3.7.4 水泥基复合材料  27-28
  1.4 论文研究的意义及主要内容  28-30
第2章碳酸钙/PET 异形纤维/聚丙烯复合材料制备与性能研究  30-48
  2.1 引言  30
  2.2 实验部分  30-33
    2.2.1 实验原料  30-31
    2.2.2 实验设备及仪器  31
    2.2.3 实验步骤  31-33
      2.2.3.1 碳酸钙粉体的表面处理  31
      2.2.3.2 纤维表面处理  31-32
      2.2.3.3 复合材料制备流程  32
      2.2.3.4 复合材料的表征  32
      2.2.3.5 异形纤维当量直径计算  32-33
  2.3 结果与讨论  33-46
    2.3.1 碳酸钙/聚丙烯复合材料力学性能研究  33-37
      2.3.1.1 碳酸钙表面处理及改性剂的选择  33-35
      2.3.1.2 碳酸钙尺寸对碳酸钙/聚丙烯复合材料的影响  35-36
      2.3.1.3 碳酸钙含量对碳酸钙/聚丙烯复合材料性能的影响  36-37
    2.3.2 PET 异形纤维/聚丙烯复合材料力学性能研究  37-42
      2.3.2.1 纤维长径比对复合材料性能的影响  37-39
      2.3.2.2 纤维含量对复合材料性能影响  39
      2.3.2.3 纤维增强机理  39-40
      2.3.2.4 PET 纤维截面形状对复合材料性能影响  40-42
    2.3.3 碳酸钙/PET 异形纤维/聚丙烯复合材料力学性能  42-46
      2.3.3.1 纤维截面形状对三元复合材料力学性能的影响  42-44
      2.3.3.2 碳酸钙/PET 异形纤维/聚丙烯复合材料的DMA 分析  44-45
      2.3.3.3 碳酸钙/PET 异形纤维/聚丙烯复合材料的SEM 分析  45-46
  2.4 本章小结  46-48
第3章纳米碳酸钙/PET 异形纤维/氰酸酯复合材料制备与性能研究  48-59
  3.1 引言  48
  3.2 实验部分  48-50
    3.2.1 实验原料  48
    3.2.2 实验设备及仪器  48-49
    3.2.3 实验步骤  49-50
      3.2.3.1 浇铸模具的准备  49
      3.2.3.2 氰酸酯的预聚  49-50
      3.2.3.3 浇铸与固化  50
      3.2.3.4 后处理及加工  50
    3.2.4 测试与表征  50
      3.2.4.1 氰酸酯树脂及复合材料的力学性能  50
      3.2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)对氰酸酯树脂及复合材料断面形貌的研究  50
  3.3 结果与讨论  50-58
    3.3.1 纳米碳酸钙/氰酸酯复合材料力学性能研究  50-53
      3.3.1.1 纳米碳酸钙含量对碳酸钙/氰酸酯复合材料性能的影响  50-52
      3.3.1.2 纳米碳酸钙/氰酸酯复合材料的微观结构  52-53
    3.3.2 PET 异形纤维/氰酸酯复合材料性能研究  53-56
      3.3.2.1 纤维含量对复合材料性能影响  53-55
      3.3.2.2 PET 异形纤维/氰酸酯复合材料的微观结构  55-56
    3.3.3 纳米碳酸钙/PET 异形纤维/氰酸酯复合材料的性能研究  56-58
      3.3.3.1 纳米碳酸钙/PET 异形纤维/氰酸酯复合材料的力学性能  56-57
      3.3.3.2 纳米碳酸钙/PET 异形纤维/氰酸酯复合材料的微观结构  57-58
  3.4 本章小结  58-59
第4章结论与展望  59-61
  4.1 结论  59-60
  4.2 工作展望  60-61
参考文献  61-64
攻读硕士研究生期间公开发表的学术论文  64-65
致谢  65

无机粉体/异形纤维/树脂基复合材料的制备、表征及性能研究

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