论文部分内容阅读
本论文采用碱处理、蒸汽爆破处理、接枝处理对剑麻纤维(SF)进行表面改性，采用滴定分析技术、FTIR、TG、DSC、WAXD、SEM等手段对改性后的SF进行结构表征。采用辊炼、模压成型方法制备了剑麻纤维/玻璃纤维/不饱和聚酯(SF/GF/UP)、剑麻纤维/玻璃纤维/酚醛树脂(SF/GF/PF)两种复合材料，采用材料的静态力学性能、动态力学性能、等研究方法，研究了SF的含量、处理方式对复合材料结构和性能的影响。
得出以下结论：
(1)改性SF的红外光谱分析结果表明，纤维与马来酸酐已成功发生接枝反应；滴定分析结果表明，纤维长度在0～5mm范围时，接枝效果较为理想，特别是经蒸汽爆破处理后，接枝率比未处理时提高了1倍多。改性后纤维的热稳定性有一定程度的提高，但接枝改性对纤维表观结晶度的提高没有贡献。SEM观察说明，蒸汽爆破处理使纤维形态结构发生较大变化，比表面积增大，活性增强，有利于酯化反应的进行。
(2)力学性能测试结果表明，SF的含量对SF/GF/UP复合材料性能有一定的影响。随着SF用量的增大，复合材料的比强度和比模量呈增加的趋势，而冲击强度和弯曲强度则有一定程度的下降。当SF与GF质量比为1:1时，与未加SF的材料相比，磨损体积减少了48.2％，表观分解温度提高了近26℃，而最终残留量则减少了10.2％。但SF含量对复合材料线膨胀系数和硬度影响较小，而随着SF用量的增加，复合材料的吸水量也逐渐增加，耐水性变差。流变性能测试结果说明，复合材料熔体属于非牛顿型流体，呈现“剪切变稀”现象。
(3)SF的处理方式对SF/GF/UP复合材料性能有较大的影响。测试结果表明，含蒸汽爆破处理后接枝SF的复合材料，其比强度和比模量最高，分别达到33.05 MPa·cm<'3>/g，4475.37 MPa·cm<'3>/g。同时，与未处理纤维复合材料相比，冲击强度提高了16％，磨损体积减少了71.6％，表观分解温度提高了近20℃，但对复合材料的最终残留量影响很小。此种复合材料拥有较小的线膨胀系数和吸水量，但刚性较大，流动性能下降。
(4)SF的含量对SF/GF/PF复合材料性能也有较显著的影响。当SF与GF质量比为1:1时，复合材料的冲击强度为5.77KJ/m<'2>，磨损体积为2.0mm<'3>，与未加SF时相比，冲击强度提高了25％，而磨损体积则减少66.1％，耐磨性能大大提高。DMA测试结果表明，复合材料的损耗峰向高温方向发生移动，比未加入SF时约提高了12℃。同时，低温损耗峰强度下降，复合材料的耐寒性能提高。但SF含量对复合材料硬度影响较小，随着SF加入量增加，复合材料的耐水性能逐渐变差。
(5)材料冲击断面SEM结果表明，未处理SF与基体树脂粘结性差，而蒸汽爆破后接枝SF能与不饱和聚酯通过化学键连接在一起，形成良好的界面粘结。而磨损形貌SEM结果说明，随着复合材料中SF用量的增加，复合材料的磨损机理从粘着磨损为主转换为以疲劳磨损为主，辅以微量的粘着磨损；蒸汽爆破后接枝SF的复合材料，具有良好的耐磨性能。