基于分形理論的聚乙烯-貝殼粉復(fù)合材料性能的研究.pdf

1、聚乙烯(PE)作為一種熱塑性樹脂，具有耐酸堿性、吸水性小、電絕緣性等諸多優(yōu)點(diǎn)，是中國通用合成樹脂中應(yīng)用最廣泛的品種，但在作為UHMWPE纖維膠粘劑制備防彈無緯布時(shí)，其抗沖擊性能還不夠理想。近年來，微細(xì)粒子填充改性高聚物制得的復(fù)合材料以其優(yōu)異的性能越來越受到人們的關(guān)注。與此同時(shí)，顆粒的大小、摻雜比例、改性方法等諸多因素都成為了決定粒子在高聚物中分散程度的主要因素，而顆粒的分散程度又是決定材料力學(xué)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵。因此，如何選擇合適的顆粒大小

2、、適當(dāng)?shù)膿诫s比例、科學(xué)的改性方法，以及如何量化地描述各種因素影響下顆粒在基體中的分散情況成為了困擾人們的主要問題。本論文針對上述問題，創(chuàng)新性地結(jié)合分形理論，提出了一種新的度量顆粒在復(fù)合材料基質(zhì)中分散情況的標(biāo)準(zhǔn)，之后運(yùn)用該標(biāo)準(zhǔn)從理論上得到了最佳的顆粒摻雜比例，并通過力學(xué)性能測試證明了該方法的可靠性。
　　 本文通過將貝殼粉添加入聚乙烯中，利用貝殼粉的特殊層狀結(jié)構(gòu)來達(dá)到對聚乙烯材料的增強(qiáng)增韌。因此，貝殼粉在基材中的分散性及與基材的親

3、和性決定了其對基材的增韌作用。考慮了三種主要影響復(fù)合材料性能的因素，并分別對其影響下的樣品進(jìn)行分形特征檢驗(yàn):1.選取三種不同顆粒大小的貝殼粉按照同樣的摻雜比例分別與聚乙烯共混，通過對材料脆斷表面SEM進(jìn)行分形特征檢驗(yàn)，得到只有在顆粒大小為800目時(shí)材料表面才具有良好的自相似性，可以建立分形模型具體分析;2.采用鈦酸酯偶聯(lián)劑與硅烷偶聯(lián)劑對貝殼粉進(jìn)行改性處理，全部通過檢驗(yàn);3.按照五種不同貝殼粉摻雜比例將聚乙烯與貝殼粉共混，同樣全部通過檢驗(yàn)

4、。
　　 運(yùn)用分形理論對貝殼粉顆粒在聚乙烯中的分布情況進(jìn)行進(jìn)一步研究，選擇建立分形密度相關(guān)函數(shù)模型來對五種貝殼粉摻雜比例下、分別經(jīng)過鈦酸酯偶聯(lián)劑與硅烷偶聯(lián)劑改性處理的復(fù)合材料斷裂表面分形特征進(jìn)行描述，通過分形維數(shù)的計(jì)算與比較得到在鈦酸酯偶聯(lián)劑改性下貝殼粉摻雜比例為3％時(shí)的樣品斷面具有最佳的顆粒分散性，從理論上得到了貝殼粉的最佳改性方法與摻雜比例。為了進(jìn)一步證實(shí)該方法的科學(xué)可靠，我們引入了分形布朗運(yùn)動的概念，并通過建立分形布朗運(yùn)動

5、模型更精細(xì)化地預(yù)測了最佳的摻雜比例，而其結(jié)果與之前密度相關(guān)函數(shù)模型所得到結(jié)果相吻合。
　　 通過沖擊測試、拉伸測試、磨擦磨損測試研究了改性后貝殼粉的填加量對聚乙烯復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加量在聚乙烯的3wt％時(shí)，聚乙烯復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大的63.5kJ/m2，斷裂伸長率達(dá)到最佳的180.2％，磨損率達(dá)到最小的4.27×106mm3/(Nm)-1，從而充分說明了分形模型的建立可以定量地分析材料斷面的分散情況，由此