竹纤维粒径与比例对石竹塑复合材料的性能影响

摘要

【目的】阐明不同竹纤维粒径和原料配比对竹纤维/聚丙烯/碳酸钙复合材料物理力学性能的影响机理，为石竹塑复合材料的工业化生产与应用提供依据。【方法】以碳酸钙、竹纤维和聚丙烯为原料，在控制竹纤维粒径（40目、80目和120目）与原料配比的基础上，制备竹纤维/聚丙烯/碳酸钙复合材料，考察其物理力学性能，并采用扫描电子显微镜、热重分析仪和熔融指数仪对复合材料的微观结构、热稳定性和流动性进行表征。最后，综合考虑生产成本与相关性能要求，为竹纤维/聚丙烯/碳酸钙复合材料的生产与应用提出建议。【结果】随着碳酸钙添加量的增加，复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弹性模量均逐渐下降，而密度则呈上升趋势。竹纤维粒径对复合材料物理力学性能的影响较为显著。当竹纤维粒径为80目，碳酸钙和竹纤维添加量分别为5%和45%时，复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弹性模量最优，分别为36.09 MPa、62.6 MPa和4.30 GPa。碳酸钙添加量对复合材料冲击强度的影响不大。此外，随着碳酸钙添加量的增加，复合材料的热稳定性与熔体流动性均有所改善。当碳酸钙添加质量占比为20%时，复合材料的熔体流动速率为16.50 g/10 min，比未添加组提高了8.98%，加工性能得到改善。【结论】选用80目竹纤维的复合材料具有较优的物理力学性能，在添加碳酸钙后，复合材料的原料成本可降低1.63%～6.54%，且其相关指标仍远高于行业标准要求。

关键词

复合材料 / 竹纤维 / 石竹塑复合材料 / 碳酸钙 / 物理力学性能

基金资助

北京林业大学“杰出青年人才”培育计划项目(2019JQ03013);; 校企合作项目“针对儿童玩具及家具的木塑复合材料技术开发”(2020HXFWCLXY039)