[00865094]天然植物纤维增强热塑性复合材料的可控制备及性能预测研究

天然植物纤维在自然界中资源极为丰富，具有价格低廉、比强度高、环境友好、可自然降解等优点。近些年来，采用天然植物纤维制备木塑复合材料已经成为林产工业研究领域的一大热点，具有显著的经济及社会效益，对推动中国林产工业的发展具有极为重要的意义。然而此类复合材料仍未获得大量应用，这主要是由于其综合力学性能仍未达到满意的使用要求，因此，天然植物纤维复合材料综合力学性能的改善就成为当务之急。 该项目通过探讨新颖的纤维表面改性方法、树脂基体改性以及界面结合程度的有效调控等手段来制备综合性能优越的天然植物纤维复合材料，并采用模型预测手段对复合材料宏观力学性能进行理论预测，同时将实验数据与理论预测结果进行对比分析，研究和揭示天然植物纤维复合材料微观结构与宏观力学性能的联系。该项目研究成果对合理利用天然可再生的植物纤维资源具有十分重要的意义，同时对国家的环保事业及社会的可持续发展产生积极作用。 该项目的主要研究成果如下： 1.采用不同的制备工艺制备了剑麻短纤维/聚丙烯复合材料，系统深入分析了天然纤维在高粘度热塑性树脂基体中分散情况的相关影响因素，着重研究了纤维表面改性、界面相容剂、混合工艺对纤维的分散作用。在国内外率先提出采用Voronoi图对天然纤维的分散情况进行量化表征，并就纤维的分散情况与复合材料的力学性能建立了联系，深入探究了纤维的分散形态对复合材料力学性能的影响。确定了剑麻纤维/聚丙烯复合材料体系中的纤维临界长度及界面剪切强度值。 2.在国内外率先基于通用单胞模型法(Generalized Method of Cells，GMC)及层合板理论联用建立及发展了新型的模型预测方法。基于该方法预测了天然植物单根纤维及天然植物纤维复合材料宏观弹性性能，并对天然植物纤维复合材料微观结构与宏观弹性性能之间的关系进行了理论预测，率先在国内外根据模型预测结果设计了可视化计算软件，丰富了天然纤维及其复合材料的理论预测工具。 3.提出采用聚合物大分子链接枝改性技术对天然植物纤维表面进行功能化改性。系统深入研究了功能性聚合物大分子的合成改性方法，尤其是等离子体技术在功能性大分子合成方面的应用。并对天然植物纤维表面的等离子体改性技术进行了详细探索。为天然植物纤维复合材料综合性能的优化设计提供了新的思路，进而拓宽了天然植物纤维复合材料的应用领域。 主要研究成果在《Composites Science and Technology》、《Cellulose》等重要学术期刊发表37篇学术论文。其中SCI收录11篇(二区4篇)，EI收录4篇，中文核心期刊21篇。此外，相关研究成果取得计算机软件著作权2项。