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本课题以天然纤维中性能较好的苎麻作为增强体,以新型的生物基树脂-热固性聚乳酸(Polylacticacid,PLA)为基体,采用模压成型工艺制备了苎麻增强生物基复合材料(苎麻/PLA)。并且对苎麻/PLA的模压成型工艺、界面改性工艺以及苎麻/PLA的应用性能进行了研究和分析。
在确保苎麻与PLA充分浸润的前提下,通过测试PLA的差示扫描量热(DSC)曲线,分析了PLA的交联固化特性,在此基础上,确定了苎麻/PLA最优模压成型工艺。结果表明:在压强为20MPa,温度为90℃条件下,先对苎麻/PLA预浸料进行1h的预压处理,使苎麻和PLA进行充分的浸润,然后在PLA的固化温度范围即115℃-130℃内使其固化,最后在140℃进行2h的后固化;其所制生物基复合材料的力学性能最优,当苎麻纤维体积分数为60%时,其弯曲强度和模量分别达到了87.994MPa和6.817GPa。
为了进一步提高生物基复合材料的力学性能,课题对苎麻进行了碱和偶联剂改性。主要研究了碱液浓度及偶联剂对生物基复合材料力学性能的影响,结果表明:当碱液浓度为1%时,生物基复合材料的弯曲强度较改性前提高了10.66%;当偶联剂浓度为3%时,生物基复合材料的弯曲强度较改性前提高了48.25%;当碱液和偶联剂联合对苎麻进行处理,且碱液浓度为1%,偶联剂浓度为3%时,生物基复合材料的弯曲强度较处理前提高了59.5%。同时得出生物基复合材料最优界面改性工艺为:1%浓度的碱液和3%浓度的偶联剂联合对苎麻进行处理,此时生物基复合材料的弯曲性能达到了交通运输用工程塑料的要求,其弯曲强度为140.371MPa,弯曲模量为10.36GPa。
为了进一步评价课题所研制生物基复合材料的应用性能,课题还研究了材料的拉伸、压缩和阻燃性能。结果表明:所研制生物基复合材料的拉伸强度为68.488MPa;拉伸模量为7.844GPa;压缩强度为82.249MPa;阻燃性能方面为:依照美国DOT/FAA/AR-00/12标准进行测试,12s点火时间时,生物基复合材料的损毁长度为1cm,60s点火时间时,生物基复合材料的损毁长度为8.25cm;达到了交通运输用工程塑料对材料力学和阻燃性能的要求。