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本文采用碱处理、硅烷偶联剂处理、阻燃剂处理对剑麻纤维进行表面处理,并借助FTIR、TG、SEM手段表征了处理前后的剑麻纤维表面状况和热性能的变化。将不同含量、不同处理的剑麻纤维分别与酚醛树脂、填料等熔融辊炼,通过模压成型工艺制备SF/PF摩擦复合材料。研究了剑麻纤维含量、表面处理方法对SF/PF复合材料力学性能、动态力学性能、蠕变应力松弛、热稳定性、耐磨性等的影响。借助SEM观察了复合材料冲击断面、磨损面的形态结构,并讨论其磨损机理。本文主要结论如下:
1.FTIR分析结果表明,剑麻纤维经表面处理后结构发生了部分变化,在1736cm-1处的吸收峰消失,表明半纤维素已被除去。TG结果表明,表面处理后SF的表观分解温度比未处理SF有所提高,尤其阻燃剂处理后的SF初始分解温度比未处理SF提高13.6℃。SEM图表明,表面处理后的剑麻纤维形态结构发生了变化,纤维表面变得更粗糙,比表面积增大。
2.SF/PF复合材料的力学性能、动态力学性能表明:当SF含量15%时,SF/PF复合材料的冲击强度、弯曲强度分别为5.58 kJ·m—2和67.69 MPa,比未加SF的复合材料分别提高了14.6%和13.6%,玻璃化转变温度(Tg)提高了13℃;SF经偶联剂处理后,SF/PF复合材料的冲击强度、弯曲强度比未处理SF/PF复合材料均有较大提高,储能模量达到6310 MPa(40℃时),Tg达到216℃,其储能模量和Tg分别比未处理复合材料提高2倍和15℃。冲击断面SEM图表明,剑麻纤维的表面处理对提高复合材料的界面黏结性具有一定的作用。
3.SF/PF复合材料的TG、热膨胀性能结果表明:随着SF含量的增加,复合材料的高温残留量和热分解温度逐渐降低(相同失重时),SF含量30%的复合材料在700℃的残留量比未加SF的复合材料减少了22.03%;线膨胀系数随着SF含量的增多呈先减小后增大,当SF含量为20%时,SF/PF复合材料的线膨胀系数达到最小值;SF经阻燃剂处理后,SF/PF复合材料的热分解温度(失重15%时)比未处理SF增强的复合材料提高了59℃。
4.剑麻纤维含量、表面处理方法对SF/PF复合材料的耐磨性有明显的影响。SF含量10%时,复合材料的磨损体积为6.6×10-4cm3,比未加SF时复合材料的磨损体积减少了56.3%,耐磨性优良;SF含量超过30%时,复合材料磨损加剧;SF经阻燃剂处理后,SF/PF的复合材料磨损体积为5.3×10-4 cm3,比未处理SF/PF复合材料的减少了77.2%。磨损面SEM图表明,随着剑麻纤维含量的增加,复合材料的磨损机理由磨粒磨损为主转换为以疲劳磨损为主。表面处理后SF/PF复合材料的磨损面表明,剑麻纤维能很好地被树脂基体包覆,宏观上表现出复合材料耐磨性增加。
5.简要介绍硼酚醛树脂的优良性能及其在摩擦材料中的应用。硼酚醛树脂应用于摩擦材料,能使其耐热性提高,磨损率低。