摘要
鉴于汽车轻量化及低碳制造的迫切需求，用可再生植物纤维增强的聚烯烃来替代传统石化泡沫材料显得尤为重要。在本研究中，我们通过将双重锁合界面改性与滑石粉和乙丙橡胶的协同成核技术相结合，并将其融入超临界流体微孔注射成型工艺中，从而开发出一种分层结构的有机-无机混合微孔复合材料。针对聚丙烯复合材料的界面、结晶以及细胞形态，我们提出了一种协同设计策略。具体而言，碱处理结合马来酸酐接枝聚丙烯可形成化学键合与机械互锁的双重界面，显著提升了纤维与聚丙烯基体之间的载荷传递效率。滑石片与竹纤维共同促进了异质成核，增强了熔体强度，而乙丙橡胶则通过空化-剪切带机制提升了材料的韧性。当滑石粉含量为5 wt%、乙丙橡胶含量为5 wt%时，该复合材料表现出最佳的整体力学性能：拉伸强度达34.14 MPa，弯曲强度达51.07 MPa，相比纯泡沫聚丙烯分别提升了71.78%和33.16%。此外，其拉伸模量、弯曲模量以及冲击强度也分别提升了40.26%、58.21%和31.93%。同时，这种优化后的泡沫材料密度为0.840 g/cm3，相对密度为0.75，相比固体材料重量减轻了约25%。这些优异性能的实现得益于剪切作用形成的表层-核心分层结构，该结构能够重新构建裂纹尖端的应力场，从而在无需牺牲加工性的前提下实现轻量化与高力学性能的结合。这一策略不仅为汽车内部部件的低碳制造提供了材料和工艺方案，也为生物基泡沫复合材料的工程应用奠定了基础。
要点
- 双重锁合界面提升了泡沫复合材料中竹纤维与聚丙烯之间的载荷传递效率。
- 滑石粉与竹纤维能够协同调控材料的结晶过程及细胞结构。
- 乙丙橡胶通过空化与剪切带机制提升了泡沫聚丙烯的韧性。
- 表层-核心分层结构增强了材料的强度与韧性。
- 生物基泡沫聚丙烯复合材料有助于实现汽车内部的轻量化设计。
利益冲突声明
作者声明不存在任何利益冲突。
数据可用性说明
本文中用于验证研究结论的所有数据均已呈现于文中。如需与本文相关的额外数据，可向相应作者索取。
