汽车内饰用麻纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能研究

摘要：针对汽车未来向节能、轻质化、安全化、可回收发展的需要和当前汽车内饰材料中存在的问题，采用可连续加工、生产批量大、可避免边角料浪费的注塑成型工艺制备了满足轻量化、环保、可回收要求的苎麻和剑麻两种增强聚丙烯复合材料的汽车内饰材料体系。　　
本文深入研究了不同纤维长度、不同纤维含量、不同浓度NaOH溶液处理纤维对两种复合材料拉伸强度、弯曲强度、压缩强度、冲击韧性等力学性能的影响，并加入聚乙烯增韧剂对复合材料进行增韧处理。通过对拉伸应力-应变曲线、弯曲强度-挠度曲线、压缩强度-挠度曲线、冲击韧性曲线和复合材料断面的微观结构分析，探讨了麻纤维对复合材料力学性能的作用机理。　　
对苎麻纤维增强聚丙烯复合材料体系的研究表明：各种强度指标随着纤维长度的增长呈上升趋势，而冲击韧性和伸长率则呈下降趋势，当苎麻纤维的长度在10mm左右时，各种强度指标达到 ；各种强度指标随着纤维质量分数(含量)的加大而呈上升趋势，而冲击韧性和伸长率呈下降趋势，当苎麻纤维的质量分数(含量)达到20[％]左右时，各种强度指标达到 ；将苎麻纤维分别用不同浓度的氢氧化钠溶液进行处理，来改善纤维表面与聚丙烯基体的结合能力，当溶液浓度为15[％]左右时，复合材料力学性能 ；在纤维含量为20[％]的苎麻纤维增强聚丙烯中，加入不同含量的聚乙烯，均可大大增加复合材料的韧性。试验测得苎麻纤维增强聚丙烯复合材料的拉伸强度 达到38.1MPa，弯曲强度 达到51.2MPa，压缩强度 达到53.6MPa，冲击韧性 达到3.66 KJ/m2，比普通的汽车用聚丙烯拉伸强度提高50％以上，弯曲强度提高28％以上。　　
对剑麻纤维增强聚丙烯复合材料体系的研究表明：各种强度指标随着纤维的增长而呈上升趋势，而冲击韧性和伸长率则呈下降趋势，当剑麻纤维的长度在8mm左右时，各种强度指标达到 ；各种强度指标随着纤维质量分数(含量)的加大而呈上升趋势，而冲击韧性和伸长率呈下降趋势，当剑麻纤维的质量分数(含量)达到20[％]左右时，各种强度指标达到 ；将剑麻纤维分别用不同浓度的氢氧化钠溶液进行处理，来改善纤维表面与聚丙烯基体的结合能力，当溶液浓度为15[％]左右时，复合材料力学性能 。试验测得剑麻纤维增强聚丙烯复合材料的拉伸强度 达到34MPa，弯曲强度 达到49.9MPa，压缩强度 达到49.2MPa，冲击韧性 达到3.8KJ/m2，比普通的汽车用聚丙烯拉伸强度提高36[％]以上，弯曲强度提高24[％]以上。　　
本论文所研制的两种复合材料的力学性能，不仅达到并满足了现有内饰材料的使用要求，而且比现有汽车内饰材料指标体系中的强度还要高，并有望替代玻璃纤维、芳纶等密度大、不可降解和回收、易造成环境污染的化学纤维并应用于汽车内饰。另一方面，本论文寻求的麻纤维和聚丙烯的 配比，可为今后这种绿色环保材料的大规模生产应用提供参考