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《西南交通大学》 2005年
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小比例掺量纳米粒子及氧化锌晶须对PP-R树脂力学改性研究

邢帆  
【摘要】:无机刚性微粒填充材料改性技术的发展进步十分迅速,目前已成为材料改性的有效途径之一。随着传统微米级填料的纳米化,近几年逐步成为研究热点的新兴材料是无机纳米刚性微粒填充热塑性树脂所形成的高分子/纳米复合材料;另一方面,氧化锌晶须(ZnO_w)因其独特的立体四针状结构和超高强度、超高模量而倍受瞩目。 本文分别以纳米氧化铝(Al_2O_3),轻质活性纳米碳酸钙(CaCO_3),氧化锌晶须(ZnO_w)以及纳米氧化铝与氧化锌晶须的混合物作为聚合物PP-R的增强相,其掺入量为小比例,采用熔融共混法制备热塑性树脂基复合材料,并进行了力学改性的对比性研究,发现拉伸强度和弹性模量均有不同程度的提高,尤其是树脂基体中掺入氧化锌品须后,可以使复合材料的拉伸强度最大提高12%(氧化锌晶须,5%Wt),弹性模量提高22%(氧化锌晶须,10%Wt)。利用扫描电镜进行复合材料的断面形貌分析发现树脂中所添加的纳米粒子和氧化锌晶须能够均匀分布,团聚现象轻微存在。 基于细观力学的原理,确立了有限元方法用到的代表性体积单元模型。使用了单向排列短纤维模型来模拟氧化锌晶须增强效果。借助ANSYS有限元软件实现了对氧化锌晶须增强复合材料弹性模量的预测,并将结果与用基于Halpin-Tsai方程的定向排列短纤维弹性模量计算公式的计算值进行了比较,发现有限元数值模拟的结果与该公式预测结果符合得很好。在使用了基于Halpin-Tsai方程的乱向短纤维弹性模量预测公式后发现,该经典公式倾向于描述复合材料得到增强的“平均效果”,与实测值相比较,虽然得到的结果比较保守,但也表明该公式具有很强的适用性。 最后,借助ANSYS有限元软件对氧化锌晶须增强PP-R树脂基复合材料的应力—应变行为进行了模拟,还绘出了复合材料在外载作用下,各相介质上应力、应变的云图。通过详细了解应力、应变的传递机制,可以更加清晰地理解复合材料中增强相介质和基体介质在整个复合材料体系中的地位和作用,有助于从细观力学的角度去改进复合材料的应用和设计。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TB383

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