黃麻纖維針刺氈增強(qiáng)乙烯基樹(shù)脂復(fù)合材料的制備與性能.pdf

1、隨著可持續(xù)發(fā)展主題的延伸，天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料以其價(jià)廉、環(huán)境友好及較高的力學(xué)性能成為高新技術(shù)材料研究中的新領(lǐng)域，在汽車(chē)、建筑等行業(yè)可與玻璃鋼相媲美。天然纖維中，黃麻纖維屬于韌皮纖維的一種，具有較高的比強(qiáng)度和比模量，作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體具有廣闊的應(yīng)用前景；乙烯基樹(shù)脂(vinyl esterresin)是一種新型的低粘度熱固性樹(shù)脂，它是由環(huán)氧樹(shù)脂和含雙鍵的不飽和一元羧酸加聚而成，兼有不飽和聚酯樹(shù)脂與環(huán)氧樹(shù)脂的優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外被廣泛用于玻璃纖維、

2、碳纖維等高性能纖維的增強(qiáng)基。
　　 本課題以黃麻纖維針刺非織造物為增強(qiáng)體，Atlac580乙烯基樹(shù)脂為基體，采用真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑法(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding，VARTM)制備復(fù)合材料板材，并進(jìn)行性能研究。文中首先對(duì)黃麻原麻纖維進(jìn)行堿和雙氧水兩種預(yù)處理，以原麻和上述兩種黃麻纖維為原材料，采用平行鋪網(wǎng)的方式，采取相同的針刺工藝：鋪網(wǎng)刺數(shù)為3刺、預(yù)針刺頻率為550r/min、高頻

3、主針刺頻率為850r/min，以及針刺深度為9mm，分別制備了原麻纖維針刺氈、堿預(yù)處理針刺氈以及雙氧水處理針刺氈，并對(duì)三種針刺氈進(jìn)行了基本參數(shù)的測(cè)定，包括厚度、定量及縱向拉伸性能，測(cè)試結(jié)果表明：預(yù)處理后黃麻纖維針刺氈的定量和厚度減小，但縱向拉伸強(qiáng)力提高，各基本參數(shù)的不勻系數(shù)降低。
　　 為了研究脫膠處理對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，以原麻纖維針刺氈為材料，分別對(duì)其進(jìn)行兩種不同程度的脫膠，并以原麻纖維氈和上述兩種脫膠程度的纖維氈為增強(qiáng)

4、體制備增強(qiáng)復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，脫膠處理改變了乙烯基樹(shù)脂對(duì)黃麻纖維氈的滲透速率，果膠雜質(zhì)的去除在一定程度上提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度隨著膠質(zhì)含量的減少而呈逐漸增加的趨勢(shì)，但殘膠率為2.78％的黃麻纖維氈增強(qiáng)復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度相對(duì)于殘膠率為4.51％麻纖維氈增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度反而有所下降，拉伸模量和彎曲模量的都隨著脫膠程度的增加而增大，且彎曲模量的改變比較顯著。
　　 經(jīng)過(guò)初步研究知道，采取脫膠處理并不能從本質(zhì)上解決黃麻

5、纖維與乙烯基體樹(shù)脂的界面相容性問(wèn)題，因此本課題采用了堿、KMnO4、硅烷偶聯(lián)劑A-151三種表面處理劑，分別對(duì)堿預(yù)處理黃麻纖維針刺氈進(jìn)行表面改性。通過(guò)非織造物抽拔出的纖維的表面能測(cè)試，復(fù)合材料的拉伸、彎曲性能測(cè)試及斷裂面掃描電子顯微鏡的觀(guān)察探討了表面處理對(duì)材料性能的影響。結(jié)果得知：堿和KMnO4都能改變黃麻纖維表面的粗糙程度，且KMnO4刻蝕的程度更大，增大了纖維與基體之間的物理機(jī)械結(jié)合力；偶聯(lián)劑A-151的處理使基體與黃麻纖維表面形成

6、了細(xì)胞壁的鍵接，并為纖維與乙烯基樹(shù)脂的有效橋接提供了與基體反應(yīng)相匹配的官能團(tuán)，且力學(xué)性能提高最為顯著，其中，拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別比未處理前提高了51.38％和77.46％。
　　 為嘗試進(jìn)一步提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，本課題采用碳纖維分三層縱向鋪層于雙氧水處理黃麻纖維針刺氈中，通過(guò)建立黃麻/碳混雜增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸與彎曲數(shù)學(xué)模型對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行理論預(yù)測(cè)與實(shí)際驗(yàn)證，同時(shí)制備了相同纖維含量的雙氧水處理黃麻纖維針刺氈增強(qiáng)復(fù)合材