PE/PP复合材料性能研究

【摘要】： 超高模超高强聚乙烯纤维是继碳纤维、芳纶纤维之后出现的第三代高性能纤维，它不仅是目前高性能纤维中，比模量、比强度最高的纤维，并且具有耐磨性好、耐冲击性、耐化学药品性好、不吸水、生物相容性好、电性能好和比重轻等优点。因此UHMPE纤维复合材料具有广阔的应用前景。可用于民用、军事、医用、体育、土木建筑等许多领域。同时由于原料聚乙烯易得，若大规模应用，其生产成本可望较低，因此高强高模聚乙烯纤维增强复合材料是在许多领域都具有极强的竞争力。 本文主要对LDPE树脂／UHMPE纤维和PP树脂／UHMPE纤维两种复合材料的力学性能和热学性能进行研究，拟找出性能与界面结晶情况之间的关系；加工参数即成型温度、成型时间、成型压强和它们之间的交互作用对复合材料力学性能的影响。 本论文根据前期准备试验和有关资料制备了LDPE树脂／UHMPE纤维和PP树脂／UHMPE纤维两种单向增强复合材料，并对其分别进行了L_(27)(3~3)和L_(16)(2~(15))两种正交试验设计。然后进行了纵向和横向力学测试，对两种复合材料的力学性能进行了方差分析；并对工艺参数和部分工艺参数的交互作用对复合材料力学性能的影响进行了分析。对部分样品进行了差示扫描热分析(DSC)和动态力学热分析(DMA)两种热学分析；对部分样品的横截面进行了扫描电镜分析(SEM)。 通过测试和数据分析，得出如下结论： 1 对于LDPE树脂／UHMPE纤维复合材料，各工艺参数对于横向力学性能的影响都不显著。对于纵向力学性能，温度对复合材料力学性能有高度显著的影响，其次是成型温度和成型压力的交互作用、成型温度和成型时间的交互作用对试验结果有比较显著的影响。 2 对于PP树脂／UHMPE纤维复合材料，成型温度和成型时间的交互作用对于复合材料的纵向力学性能有高度显著的影响；成型温度对纵向力学性能有显著的影响。只有成型温度和压强的交互作用对复合 材料的横向力学性能有显著的影响。相对而言，各个参数对于两种复 合材料的纵向力学性能影响显著，而对于横向力学性能影响较小。 3比较LDPE树脂/UHMPE纤维和PP树脂/UHMPE纤维两种复合 材料，前者比后者具有更为优良的加工性能，后者合适的加工参数范 围十分有限。 4在两种复合材料中都有部分样品出现了共晶结构。综合分析两 种复合材料发现，共晶体的形成与加工参数有关，在一定的温度范围 内，当成型温度最接近两组成物质熔点温度的中间值时，产生共晶体 的可能性就越大，共晶体在复合材料中的比例就越大。而成型时间和 温度的交互作用也有一定的影响，在较低的温度时，时间长的比时间 短的样品的峰的强度大，面积也大，所占比例越大。 5 LDPE树脂/UHMPE纤维复合材料与PP树脂/UHMPE纤维复合材料 相比，前者力学性能比较好;而后者的玻璃化温度与前者相比有较大 的提高。比较两者的模量，前者的较高。 综合比较，LDPE树脂/UHMPE纤t维复合材料的性能优于PP树脂 /UHMPE纤维复合材料的性能。