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亚麻聚丙烯针织复合材料及其力学性能探讨的开题报告一、研究背景与意义近年来，纤维素基生物基材料受到越来越多的关注，其本身具有天然环保、低碳、可再生等优点。
其中，亚麻纤维因其具有优良的机械性能、可回收再利用等特点，被广泛研究和应用。
但亚麻纤维在某些方面的性能有所欠缺，如不耐热、易腐蚀，因此需要将其与其他材料复合，以提高其性能和应用范围。
本研究将亚麻纤维和聚丙烯复合，制备出一种新型的亚麻聚丙烯针织复合材料。
通过对其力学性能的探究，旨在寻找一种更优秀的材料，拓宽其应用领域，同时也可以为生物基材料的发展做出贡献。
二、研究内容和思路1. 制备亚麻聚丙烯针织复合材料，对其形貌和结构进行表征。
2. 测试亚麻聚丙烯针织复合材料的力学性能，包括拉伸强度、断裂伸长率、硬度等，并与传统材料进行比较。
3. 探究亚麻聚丙烯针织复合材料的力学性能与其复合比例、针织密度等因素之间的关系。
三、研究方法和技术路线1. 制备亚麻聚丙烯针织复合材料：首先将亚麻纤维进行表面处理，然后将其和聚丙烯按一定比例混合，再通过针织工艺制成复合材料。
2. 表征复合材料的形貌和结构：采用扫描电镜、红外光谱、热重分析等方法进行表征。
3. 测试力学性能：采用拉力试验机对样品进行拉伸实验，得出其拉伸强度、断裂伸长率、硬度等力学性能指标。
4. 探究复合比例、针织密度等因素对力学性能的影响：通过对不同比例、不同针织密度的样品进行力学性能测试，找出其之间的关系。
四、预期研究成果1. 成功制备出一种新型亚麻聚丙烯针织复合材料。
2. 对复合材料的形貌和结构进行表征，为后续的分析提供基础。
3. 测试出复合材料的力学性能，并与传统材料进行对比分析，得出其优缺点。
4. 探究复合比例、针织密度等因素对力学性能的影响，为后续修正成分比例、针织工艺提供科学依据。
五、研究进度安排第一年：1. 对亚麻纤维进行表面处理，制备出初步的亚麻聚丙烯材料；2. 进行针织工艺的优化，制备出亚麻聚丙烯针织复合材料；3. 对复合材料进行表征，如扫描电镜、红外光谱等分析。
目录一聚丙烯........................................... 错误!未定义书签。
聚丙烯的性能................................... 错误!未定义书签。
（1）优点.................................... 错误!未定义书签。
（2）缺点.................................... 错误!未定义书签。
聚丙烯链的立体结构............................. 错误!未定义书签。
聚丙烯的晶体结构............................... 错误!未定义书签。
二聚丙烯改性....................................... 错误!未定义书签。
三聚丙烯填充与增强改性新材料....................... 错误!未定义书签。
聚丙烯填充改性性能特点及发展趋势............... 错误!未定义书签。
常用填充材料................................... 错误!未定义书签。
1、碳酸钙.................................... 错误!未定义书签。
2、滑石粉.................................... 错误!未定义书签。
3、高岭土.................................... 错误!未定义书签。
聚丙烯的增强改性............................... 错误!未定义书签。
聚丙烯填充与增强改性新材料..................... 错误!未定义书签。
1、碳酸钙与滑石粉填充改性聚丙烯.............. 错误!未定义书签。
2、玻璃微珠改性聚丙烯新材料.................. 错误!未定义书签。
V o l 39N o 5 76 化 工 新 型 材 料N EW CH EM ICA L M AT ERIA LS 第39卷第5期2011年5月基金项目:国家863基金资助项目(2006AA100215)作者简介:刘双(1986-),女,在读硕士,材料科学与工程专业,主要从事功能高分子材料的理论与应用研究。
联系人:范力仁,教授。
高岭土/聚丙烯酸钠高吸水性复合材料表面交联改性及吸水动力学研究刘 双 范力仁*曾 鸣 栗海峰 罗文君 闫春泽(教育部纳米矿物材料及应用工程研究中心(中国地质大学),武汉430074)摘 要 以乙二醇二缩水甘油醚为交联剂,蒸馏水和丙酮的混合溶液为溶剂,用水溶液聚合法对高吸水性复合材料进行了表面交联反应。
结果表明,当交联剂用量为0 5%(相对于表面交联前吸水材料的质量),相比(水与丙酮的体积比)为0 15时材料的性能最好,吸水倍率达406g /g ,前130min 吸水材料的平均吸水速率达0 280g/g min -1,水的溶剂化作用引起的高分子链段松弛的速率决定了水凝胶的吸水速率。
关键词 高吸水复合材料,表面交联,吸水性能,溶胀动力学Surface modification and swelling dynamics of kaolin/sodiumpolyacrylate super absorbentLiu Shuang Fan Liren Zeng M ing Li H aifeng Luo Wenjun Yan Chunze (Eng ineering Research Center of Nano -Geomaterials o f Ministry of Education (ChinaUniversity of Geo sciences),Wuhan 430074)Abstract T he study was conducted with super -abso rbent s surface cro ss-linking r eact ion,et hy lene g ly co l dig lyc-i dy l ether used as cro ss -linker,and dist illed water and acetone used as the mix tur e solvent.T he results show ed when the content of cro ss -linker w as 0 5%of the quality o f co mpo site super -abso rbent and the volume r atio(water and aceto ne)w as 0 15,the distilled w ater abso rptio n perfo rmance of composit e w as the best value 406g /g ,and the av erag e max imum water absorptio n rate was 0 280g /g min -1.T he phenomena co uld be ex plained that the rate of relaxat ion o f po lymer chain due to solvent effect o f wat er deter mined the r ate o f wat er abso rptio n r ate of hydro gels.Key words hig h water -abso rptive mater ial,surface modificatio n,swelling propert y,sw elling dynamics在合成系高吸水性树脂中,聚丙烯酸系树脂是目前用量最大、最有前途的高吸水性树脂之一。
作者简介：王晓晖（1999-），男，在读硕士研究生，主要从事塑料改性与加工工艺方面的研究。
收稿日期：2023-10-09聚丙烯（PP ）是一种产量较大的通用塑料，PP 为无色、无味的热塑性树脂，其密度较小、硬度较高、热变形温度好、加工比较容易，价格成本比较低，因此而广泛应用于汽车产品、电器、电子产品、包装等方面。
聚丙烯复合材料因其良好的综合性能广泛应用于汽车内、外饰件和结构功能件[1]，但由于PP 复合材料的合成与加工过程中受到多种因素的影响，例如催化剂、加工工艺和氧化物残留等，因此，在高温下聚丙烯会释放一些有害的挥发性有机物，产生刺激性的气味，严重影响了车内的空气质量。
2017年，国家对GB/T27630—2011中关于甲醛、乙醛、丙烯 醛、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯等含量指标的推荐性标准转变成强制执行标准，强化了车内空气质量的管控，使得低气味、低VOC 含量的研究成为汽车内饰行业的研究热点之一[2]。
所以本文通过在聚丙烯中加入具有复杂组分的碳酸钙填充母料模拟聚丙烯材料日常生产使用中主要VOC 的来源，通过双螺杆挤出机生产颗粒料，利用气相色谱仪研究萃取剂（BYK -P4200）用量对于降低PP 复合材料VOC 的影响，该萃取剂的主要成分是吸附在聚丙烯载体上的含聚合物表面活性物质的水性溶液。
在这项研究中，也研究了聚丙烯复合材料的热稳定性、结晶性能以及力学性能，为生产高性能、低VOC 的聚丙烯复合材料提供理论基础。
低VOC 聚丙烯复合材料的制备与性能研究王晓晖，洪远杰，王选伦*(重庆理工大学材料科学与工程学院，重庆 400054)摘要：本文以聚丙烯为基体，使用碳酸钙填充母料模拟聚丙烯材料日常生产使用中主要可挥发性有机物（VOC ）的来源，系统研究了萃取剂（BYK -P4200）对于PP 复合材料VOC 的影响，与此同时，还研究了其力学性能、热稳定性、结晶性能。
实验结果表明，BYK -P4200用量的增加，挥发性有机化合物的含量明显减少，高温使用性能显著提高，抗拉强度变化不大。
蒙脱土结构特性及在聚合物基纳米复合材料中的应用纳米复合材料是20世纪80年代末发展起来的新型材料，是分散相的尺度进入纳米量级的聚合物系合金，兼具无机和有机材料的特点，并通过两者之间的耦合作用产生出许多优异的性能。
纳米复合材料的制备是基于现有大品种塑料的成熟生产的工艺，有利于尽快实现工业化生产，有着广泛的开发前景，是探索高性能复合材料的一种重要途径，已引起世界各国的普遍关注。
本文主要阐述了有关蒙脱土结构特性及在聚合物基纳米复合材料中的应用。
标签：蒙脱土;结构特性;聚合物;基纳米复合;应用一、前言对蒙脱土的晶层结构、分散性、流变性及表面修饰进行了系统的评述。
蒙脱土片层含有Lewis酸点及过渡金属离子可用于烯类单体的催化聚合反应;自从丰田汽车公司使用尼龙-6/粘土纳米复合材料以来，蒙脱土（具有膨润性的粘土）在聚合物基纳米复合材料中的研究和应用正越来越受到世人的关注。
对蒙脱土/聚合物纳米复合材料的制备方法及其进展也进行了综述。
二、聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备方法称取一定量的蒙脱土，用去离子水配制5%的溶液，再称取适量的醇胺离子和质子化剂，分别滴加到搅拌状态下的蒙脱土溶液中;搅拌4～5h后，将该溶液一次插层溶液抽滤，滤饼真空干燥，并研磨成粉末，得到的样品为一次插层的有机蒙脱土。
用去离子水配制5%的PVP溶液，滴加到上述没有抽滤的一次插层溶液中;搅拌4～5h后抽滤，滤饼真空干燥，并研磨成粉末，得到的样品为二次插层的有机蒙脱土。
有机/无机纳米复合材料最初采用溶胶凝胶法制备，目前已出现了层间插入法、原位聚合复合法、插层原位聚合复合法、超微粒子直接分散法、熔体插层法等方法。
插层原位聚合复合法、熔体插层法用的尤为广泛，其中插层原位聚合复合法又分为一步法和两步法。
在聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备过程中，有机蒙脱土的制备最初采用蒙脱土与有机化剂在一定温度下搅拌反应一段时间制得，后来发现采用高速剪切效果更佳。
另外还有采用超声波振荡和辐照法制备纳米有機土的;最近还出现了利用微波加热法分两步将浮选后的天然钠基土转变为镍基蒙脱土，根据己内酰胺可与镍配位的原理，将己内酰胺引入到蒙脱土片层间，通过原位聚合复合法制得聚己内酰胺/蒙脱土纳米复合材料，省去了蒙脱土有机化工序，为聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备提供了一种新的尝试方法。
聚丙烯纳米复合材料的研究及应用
李跃文 陈枝晴 （湖南科技职业学院高分子工程与技术系，长沙,410118）
摘 要：综述了聚丙烯基层状填料纳米复合材料、纤维状填料纳米复合材料、粉状填料纳米复合材料、POSS纳米复合材料制备方法、结构与性能方面的最新研究进展，介绍了聚丙烯／粘土纳米复合材料的一些实际应用，对今后的研究和开发方向也提出了自己的看法。 关键词：聚丙烯，纳米复合材料，纳米填料，研究进展，应用 聚丙烯(PP)是目前产量最大、发展最快的合成树脂之一，它具有良好的综合力学性能、耐热性、耐腐蚀性能和成型加工性能，应用范围十分广泛。但PP低温脆性大，耐老化性能不好，容易燃烧，绝对强度和金属材料相比尚有一定差距，这些使其应用受到一定程度的制约。共聚、共混、加助剂等传统的改性方法均有一定的局限性，近年发展起来的纳米技术给PP提供了一种新的改性途径，大量的研究表明，将PP与纳米组份复合，具有广泛而显著的改性效果。与传统方法相比，通过形成纳 米复合材料对PP进行改性具有如下优点：（１）纳米组份含量很少时即有显著的改性效果；（２）在改善某些性能的同时，几乎不损害其它性能，特别是成型加工性能；（３）改性范围广泛。 １、PP／层状填料纳米复合材料 1.1 PP/层状粘土纳米复合材料 自然界有些粘土矿物具有层状结构，如蒙脱土、累托土、斑脱土等。在适当的条件下，聚合物分子链能插入到粘土片层之间，使片层层间距扩大，甚至剥离，从而形成纳米复合材料。由于粘土片层的纳米效应和层状结构，PP／层状粘土纳米复合材料的力学强度、热稳定性、阻隔性、阻燃性均有明显改善。 PP/蒙脱土纳米复合材料是研究和开发较早的PP纳米复合材料。目前的研究主要集中在熔融共混法制备纳米复合材料及其结构与性能上。王平华［１］等用钠基蒙脱土(Na-MMT)和经十六烷基三甲基溴化铵处理过的有机蒙脱土(Org-MMT)分别与PP制成了纳米复合材料，实验结果表明，Na-MMT和Org-MMT对PP均有良好的增强增韧效果，但两者填充形态不一样，Na-MMT以纳米粒子形态填充，Org-MMT以插层形态填充；另外，Na-MMT还能诱导聚丙烯结晶晶型发生转变，产生有利于提高聚丙烯冲击强度的β晶型。丁超［２］等采用聚丙烯与甲基丙烯酸甲酯、马来酸酐、丙烯酸丁酯三单体的固相接枝共聚物（TMPP）作为增容剂，通过熔融共混法制备了PP/蒙脱土纳米复合材料，实验结果表明，TMPP可以在添加量较少时达到明显的增容效果，从而大幅度提高复合材料的力学强度，同时材料的热性能和阻燃性能也得到改善；蒙脱土在PP基体中主要以插层形式存在，同时存在少量的剥离结构。王传洋［３］等对PP/蒙脱土纳米复合材料的流变性能进行了研究，结果表明，复合材料的熔体主要表现为剪切变稀性流体，但熔体温度较高、剪切速率较低时，呈现出类牛顿性流体行为。M. Modesti［４］等研究了成型条件和增容剂马来酸酐接枝聚丙烯(MA-PP)对经双螺杆挤出机熔融共混制得的ＰＰ纳米复合材料结构和性能的影响，结果显示，较低的成型温度和增容剂的加入有利于蒙脱土的剥离和复合材料的增强。F. Perrin-Sarazin［５］等也研究了MA-PP对复合材料结构的影响，结果也表明MA-PP有助于蒙脱土的分散，但不同分子量的MA-PP对蒙脱土的分散有不同的影响，较低分子量的MA-PP导致产生均一的插层结构，但没有进一步的剥离，而较高分子量的MA-PP导致产生不同种类的插层结构，但有部分剥离。 插层聚合法制备PP/蒙脱土纳米复合材料也有报导。马继盛［６］、赵海超［７］等先后通过插层聚合法制成了PP/蒙脱土纳米复合材料，他们首先制备MMT/MgCl2/TiCl4插层催化剂，再通过原位插层聚合制得复合材料，研究结果显示，蒙脱土在PP基体中被剥离并成纳米级分散，复合材料的储能模量和玻璃化温度均高于纯PP。Aihua He［８］等也通过类似的方法制得了PP/烷基三苯基膦改性蒙脱土纳米复合材料。 累托土也是一类具有层状结构的粘土矿物。马晓燕［９］等采用熔融共混法制备了有机改性累托土/聚丙烯纳米复合材料, 与纯PP相比, 复合材料的拉伸强度、冲击强度、断裂伸长率及热分解温度均有明显提高。斑脱土是另一类层状粘土，Florêncio G. Ramos Filho［１０］等将有机改性斑脱土与PP经熔融共混制成了纳米复合材料。 1.2 PP/石墨纳米复合材料 石墨具有高的电导率、磁化率、导热系数、优良的化学稳定性和自润滑性能，聚合物/石墨复合材料作为电或热导体、电磁干扰屏蔽材料、自润滑材料等有着许多重要的用途。全成子［１１］等用聚合物溶液插层法制得了MA-PP/膨胀石墨（EG）纳米复合材料，后又用溶液插层及其与熔体混合相结合的母料熔体混合方法制得了PP/ MA-PP/ EG导电纳米复合材料，这些材料都具有远比聚合物/ EG直接熔体混合制得的复合材料低的导电逾渗阀值。 ２、PP／纤维状填料纳米复合材料 纤维状填料对聚合物一般有很好的增强作用, 如常用的玻璃纤维、碳纤维等，可以预期，若能将纳米尺度的纤维状填料均匀分散于聚合物中，将得到具有优异力学性能的复合材料。 凹凸棒土（AT）是一种具有独特纤维状或棒状晶体形态的含水富镁铝的硅酸盐矿物，AT单根棒晶的直径在20nm左右，长达１μm，是一种天然的一维纳米材料。AT如以棒晶形态分散在聚合物内，可得到1-3型聚合物基纳米复合材料。王平华［１２］等利用超声波分散方法使AT以棒晶形式分散，接着用硅烷偶联剂对棒晶进行表面处理，然后将经偶联剂处理的AT与PP熔融复合，制成了纳米复合材料。研究结果表明，通过超声波分散，可以破坏AT棒晶间较微弱的物理吸附力，从而将AT棒晶以纳米尺度均匀分散；AT的加入提高了PP的拉伸强度和冲击强度，并在一定程度上改善了复合材料的加工性能。王丽华［１３］等对熔融共混法制备的PP/AT纳米复合材料的结晶行为进行了研究，发现AT的加入起到了成核剂的作用, 使复合材料的结晶温度提高, 结晶速率增大, 结晶度增加，晶粒尺寸减小。 多水高岭土是一类具有纳米管状结构的天然矿物，Mingliang Du［１４］等通过熔融共混法制备了PP/多水高岭土纳米管（HNTs）复合材料，由于HNTs对传质和传热的屏蔽作用，复合材料的热稳定性和阻燃性能均有明显改善。 碳纳米管是一类已经产业化的具有导电性的优良增强填料，Takashi Kashiwang［１５］等研究了PP/多壁碳纳米管纳米复合材料的热稳定性和阻燃性，发现在热分解过程中，复合材料表面形成了一层具有均匀网状结构的絮状层，该絮状层能将热量反射回周围的气体中，显著地降低了复合材料的峰热释放速度和燃烧速度。 ３、PP／粉状填料纳米复合材料 微米级的粉状填料只有在含量较高时才对聚合物有明显的改性效果，而且在改善某一方面性能的同时，往往会损害另一方面的性能，纳米粉状填料则改变了这种状况。 任显诚［１６］等将经表面处理的纳米CaCO3、相容剂和PP通过熔融共混法制成了纳米复合材料，与纯PP相比，复合材料的冲击强度得到了显著提高。DSC曲线表明，CaCO3能诱导PPβ型晶体的生成，这有助于增加复合材料的韧性。另外，与将纳米CaCO3、相容剂和PP直接熔融共混相比，先将纳米CaCO3、相容剂和少量PP熔融共混制成母料，再与PP熔融共混所制得的复合材料中纳米CaCO3分散更好，改性效果更显著。邬润德［１７］、王平化［１８］等先将有机单体通过原位聚合制备聚合物包覆的纳米CaCO3颗粒，再与PP熔融共混制得了纳米复合材料，与原树脂相比，复合材料的冲击强度得到了明显的提高。苏新清［１９］等先将纳米CaCO3与丁苯橡胶乳胶均匀混合制得表面包覆有丁苯橡胶的纳米CaCO3颗粒，再与PP树脂熔融共混制得纳米复合材料，与纯PP相比，复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和热变形温度等都有所提高；加入成核剂苯甲酸钠后，复合材料的性能得到进一步改善；苯甲酸钠和纳米CaCO3对PP均有成核作用，可以加快PP的结晶速率，完善结晶结构，提高结晶度。Kun Yang［２０］等研究了PP本体韧性对复合材料性能的影响，发现本体韧性适中的PP所制得的纳米复合材料冲击强度增加最显著。 纳米TiO2吸收紫外线的能力远强于普通TiO2粉未，曹建军［２１］、周键［２２］等发现纳米TiO2与PP复合除了能改善PP的力学性能外，还能显著改善耐老化性能。谭邦会［２３］等将纳米丁苯弹性体、纳米TiO2与PP经熔融共混制得PP纳米复合材料，复合材料冲击强度和灭菌性能均有明显增加。 吴春蕾［２４］等通过辐照接枝聚合制得聚苯乙烯改性纳米SiO2，再经熔融共混制得低填充SiO2／PP纳米复合材料，与纯PP相比，复合材料的韧性显著提高，同时拉伸强度、模量也有所增加。复合材料的拉伸断裂形态表明，复合材料韧性的提高，是由于基体大面积剪切屈服所致。郭刚［２５］等采用熔融共混法制备了PP／纳米SiO2／聚烯烃弹性体纳米复合材料，在纳米SiO2与聚烯烃弹性体的协同作用下，PP的结晶速率加快，结晶温度升高，球晶均匀、细化，材料的韧性和强度得到了较大幅度的提高。Dimitrios N［２６］等研究了增容剂MA-PP对经熔融共混制得的PP/ SiO2纳米复合材料性能的影响，结果显示，增容剂的加入减少了SiO2纳米颗粒的凝聚，从而促进了复合材料性能的改善。 季光明［２７］等利用熔融共混法制备了PP/ZnO纳米复合材料，试验表明，经钛酸酯偶联剂处理后，ZnO纳米颗粒在PP基体中的分散状况得到改善。Hongxia Zhao［２８］等的研究表明，ZnO纳米颗粒减缓了PP/ZnO纳米复合材料的光降解。张敬武［２９］等利用原位乳液聚合法，在纳米Sb2O3的表面包覆聚丙烯酸酯类聚合物，然后与PP复合，一方面解决了纳米粒子的团聚问题，有利于Sb2O3在聚合物基体中的分散，另一方面提高了Sb2O3与PP基体的相容性，达到对PP增强增韧的目的。陈德良［３０］等提出了利用无机组合粒子的协同效应增强增韧PP的新思路，他们将硅灰石、滑石、重晶石、碳酸钙、石英与纳米氧化铝等无机粒子经组合、超
