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本文围绕提高椰壳纤维复合材料的强度,使其满足汽车内饰对材料强度的要求展开研究,解决了椰壳纤维复合材料研究与应用领域的三个关键问题,具体研究内容如下:
一、通过各种物理性能测试、红外光谱分析及扫描电镜观察等方法,对椰壳纤维的宏观和微观结构及物理机械性能进行了系统的分析,阐明了椰壳纤维复合材料强度偏低的核心原因,即椰壳纤维的热稳定性较差,其起初始分解温度为170℃,快速分解发生在248.8℃,低于其它植物纤维,而常用基体纤维的成型温度在200℃左右,这是导致椰壳纤维复合材料强度偏低的关键因素与本质。
二、基于椰壳纤维的热稳定性较差的特点,本文以椰壳纤维为增强材料,用非织造技术和热压工艺制备了四种椰壳纤维复合材料;用多因子分析法分析确定了椰壳纤维复合材料的最优制作工艺条件,即椰壳纤维质量含量为50%、热压温度为170℃、热压时间为20分钟、压强为12MPa;通过对几种复合材料的力学性能的比较,确定了制作椰壳纤维复合材料的最优基体为ES纤维,所制作的椰壳原纤/ES复合材料的拉伸强度可达22.26MPa、弯曲强度可达53.64MPa;为了进一步提高复合材料强度,对椰壳纤维进行了碱处理,使材料的拉伸强度达到30.51MPa、弯曲强度达到75.82Mpa,超过汽车内饰对材料强度的要求。
三、论文还对椰壳纤维/ES复合材料的保温性能及吸水、老化和降解性能进行了探讨。结果表明,椰壳纤维/ES复合材料的导热系数为0.05785-0.08984W/m·℃,在国家规定的保温材料导热系数不大于0.12 W/m·℃的标准值范围之内,符合汽车内饰对材料保温性的要求;吸水、老化和降解性实验表明,椰壳纤维复合材料成型温度越高,吸水率越低;材料在经过8小时的泡煮之后,拉伸强度损失率达到20.31%;椰壳纤维/ES复合材料的降解以椰壳纤维为主,是一种部分天然降解材料,经过3个月的污泥掩埋,降解率为10.23%。
四、为使椰壳纤维复合材料的制备具有可设计性,从理论上探讨了热压过程中孔隙的形成、基体和椰壳纤维的强度变化,发现孔隙的存在和椰壳纤维、基体纤维的强度在温度高于170℃时急速下降是传统研究中被忽视的重要因素。本文确立了椰壳纤维/ES复合材料强度预报模型,该模型包含椰壳纤维和基体的拉伸强度、纤维的长度分布、纤维在材料中的取向角、临界纤维长度、材料的孔隙率、热压温度、纤维含量、纤维表而处理等对强度的影响,可对材料组份力学性能随热压温度变化的复合材料的强度进行预报,预报精确度达到92.77%。