天然橡膠-棉漿短纖維復(fù)合材料的研究.pdf

1、棉漿短纖維是一種富含纖維素的天然產(chǎn)物，利用它來(lái)補(bǔ)強(qiáng)的橡膠復(fù)合材料具有優(yōu)異的物理機(jī)械性能、易于加工、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，因此具有較高的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。本文研究了短纖維用量、取向和長(zhǎng)度對(duì)天然橡膠（NR）復(fù)合材料性能的影響，同時(shí)還研究了乙?；磻?yīng)對(duì)短纖維表面的改性作用以及雙-[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物（TESPT）和馬來(lái)酸酐/天然橡膠接枝物（通過(guò)力化學(xué)作用制備）作為偶聯(lián)劑對(duì)復(fù)合材料性能的影響。 通過(guò)簡(jiǎn)單機(jī)械共混法制備了天然橡膠/棉漿

2、短纖維復(fù)合材料。隨著短纖維用量的增加，短纖維在復(fù)合材料中取向度上升，并于30份用量時(shí)達(dá)到最大值，之后取向度略有下降；隨著短纖維用量的增加，復(fù)合材料硬度不斷增大，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率減小，拉伸出現(xiàn)屈服現(xiàn)象并且屈服強(qiáng)度不斷提高，初始模量和定伸模量不斷增大，T 向（拉伸方向與短纖維取向垂直）斷裂伸長(zhǎng)率，屈服強(qiáng)度，初始模量和定伸模量均大于L 向（拉伸方向與短纖維取向平行）；此外，隨著短纖維用量的增加，復(fù)合材料的溶脹平衡較遲達(dá)到，并且L 向溶脹率

3、明顯小于T 向溶脹率；含較長(zhǎng)短纖維的復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率較低，并且具有更為優(yōu)異的耐溶脹性能。 對(duì)短纖維進(jìn)行改性以降低親水性，從而提高其與橡膠基體之間的相容性。因此在1500C 下利用乙酸酐對(duì)短纖維進(jìn)行乙酰化反應(yīng)改性，并研究反應(yīng)時(shí)間對(duì)短纖維性能的影響。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，乙?；w維酯化含量不斷增加，在反應(yīng)時(shí)間為90min 之后趨于穩(wěn)定值；全反射紅外光譜分析（ATR-FTIR）證明了乙?；磻?yīng)的發(fā)生；X-射線衍射分析(XRD

4、)證明了乙?；磻?yīng)消除了短纖維的部分結(jié)晶相，從而降低了材料結(jié)晶度；靜態(tài)和動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)試表明乙?；磻?yīng)降低短纖維的本征親水性，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，接觸角不斷增大，表面能逐漸縮??；場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡測(cè)試（FESEM）證明了乙酰化反應(yīng)去除了短纖維表面的蠟層從而使短纖維表面變得光滑。 TESPT 被用作原位表面改性劑以改善短纖維和橡膠基體之間的界面結(jié)合力。交聯(lián)密度測(cè)試證明了TESPT的加入提高了復(fù)合材料的交聯(lián)密度，這說(shuō)明TEPST 參

5、與了硫化網(wǎng)絡(luò)的形成；Lorenz-Park 曲線證明加入TESPT 后基體與填料之間的結(jié)合力增強(qiáng)；隨著TESPT的加入，復(fù)合材料的機(jī)械性能得到了一定的提高，但是在TESPT 用量對(duì)復(fù)合材料的性能沒(méi)有明顯影響；隨著短纖維用量的增加，含TESPT的復(fù)合材料的力學(xué)性能比不含TESPT的復(fù)合材料有著明顯提高，從應(yīng)力-應(yīng)變曲線中也可以看到含TESPT的復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度和初始模量更大，這說(shuō)明了TESPT的加入增強(qiáng)了基體與短纖維之間的結(jié)合力；并且利

6、用拉伸測(cè)試三階段模型來(lái)解釋應(yīng)力-應(yīng)變曲線中所出現(xiàn)的現(xiàn)象；動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試（DMA）證明在相同短纖維用量下，含TESPT的復(fù)合材料的彈性模量更大，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度更高，損耗因子更小，這充分說(shuō)明了TESPT的加入更有效地束縛了橡膠分子鏈的運(yùn)動(dòng)；掃描電鏡測(cè)試（SEM）表明從含TESPT的復(fù)合材料中拔脫的短纖維表面更為粗糙，這也證明了在TESPT的作用下，基體與短纖維之間較強(qiáng)的結(jié)合力。 在不使用引發(fā)劑的情況下采用剪切力引發(fā)的力化學(xué)作用制備

7、馬來(lái)酸酐接枝天然橡膠（MNR），并研究MNR 作為偶聯(lián)劑時(shí)對(duì)天然橡膠/短纖維復(fù)合材料性能的影響。紅外光譜分析（FTIR）分析證明了馬來(lái)酸酐被成功地接枝于天然橡膠分子鏈上，并且羰基峰的偏移也說(shuō)明了馬來(lái)酸酐與短纖維之間的氫鍵作用；利用滴定法測(cè)定馬來(lái)酸酐接枝量，隨著馬來(lái)酸酐用量的增加，接枝量不斷提高；對(duì)復(fù)合材料的機(jī)械性能測(cè)試表明加入MNR 作為偶聯(lián)劑后，復(fù)合材料的機(jī)械性能得到了改善；Kraus 曲線和FESEM 測(cè)試表明，加入MNR 后短纖維