硅母粒增强天然纤维聚合物复合材料的加工优化与可持续材料路径探索

本文系统研究了硅母粒（SM）作为添加剂对天然纤维（NF）增强聚丙烯（PP）复合材料性能的优化作用。通过对比不同粒径木纤维（C-100、C-320、FD600）的性能，发现C-100纤维具有更优的结晶度和界面相容性。研究证实添加10%纤维和3.5% SM可显著提升材料的热稳定性（TGA/DSC）与力学性能（拉伸强度+36.4%，冲击强度+5.21%），为开发生物基可持续材料提供了新策略。

　　

亮点片段

材料

H110MA均聚聚丙烯（PP）由印度海得拉巴Nexapol Private Limited提供，密度为0.90 g/cc，在190℃、2.16 kg载荷下熔体流动指数（MFI）为11 g/10 min，熔融温度范围为190–210℃。马来酸酐接枝聚丙烯（MA-g-PP）和硅母粒（SM）由同一供应商提供。JRS不同规格木纤维产品C-100、C-320和FD600购自J. RETTENMAIER & SOHNE公司。

3.1 X射线衍射（XRD）

木纤维样品C-100、C-320和FD600的XRD图谱如图4所示。衍射图在2θ角15.3°、22.01°、27.43°和29.34°处显示出明显峰位，分别对应单斜纤维素I_β晶格结构的011、012、111和104晶面。C-100样品的峰强度明显高于FD600和C-320，表明其无定形含量去除更彻底。这种增加的结晶度直接影响了材料的热性能和机械性能。

结论

本研究深入揭示了硅母粒（SM）在不同C-木纤维增强聚合物复合材料中的作用机制。通过XRD和FTIR等物化表征证实，C-100纤维与聚丙烯（PP）基体具有更优的相容性。研究尝试了高纤维含量PP母粒的加工工艺，采用母粒与新鲜PP预混合后通过同向双螺杆挤出和注塑成型的方式，成功实现了性能优化。该工作为开发高性能生物基复合材料提供了有效的技术路径。

资助声明

本研究由印度科学技术部（Department of Science and Technology）资助，资助编号DST/TDT/TDP-24/2022(G)。