疏水性處理改善苧麻纖維與聚丙烯樹脂界面性能的研究.pdf

1、天然纖維復(fù)合材料是一種新型綠色環(huán)保材料，由于其密度低、隔音效果好、比強(qiáng)度高、可回收、價(jià)格低廉、人體親和性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、建筑工業(yè)、日用消費(fèi)品等領(lǐng)域。
　　天然纖維由于有著來源豐富，價(jià)格低廉，并且可再生自然降解等優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中。苧麻纖維是一種紡織工業(yè)常用的天然纖維，它非常堅(jiān)韌，比強(qiáng)度大且延伸度小，并且不易受霉菌腐蝕和蟲蛀，是天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的理想增強(qiáng)纖維。
　　熱塑性樹脂是指這種樹

2、脂在不起化學(xué)反應(yīng)的情況下具有可重復(fù)受熱軟化、冷卻硬化的性能。這一特性使熱塑性樹脂可以循環(huán)應(yīng)用，使它越來越受到環(huán)境可持續(xù)發(fā)展材料研究工作者的青睞。聚丙烯樹脂是通用樹脂中最輕的樹脂，它無味、無毒并且質(zhì)輕，是一種機(jī)械性能和耐熱性能良好的熱塑性樹脂，并且化學(xué)穩(wěn)定性好，耐酸堿和有機(jī)溶劑，幾乎不吸水，這些性能使聚丙烯樹脂成為天然纖維復(fù)合材料中優(yōu)異的基質(zhì)成分。
　　由于在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，復(fù)合材料的性能不僅取決于增強(qiáng)材料和基質(zhì)材料的性能，而且

3、取決于增強(qiáng)材料和基質(zhì)材料組分間的界面相容性，并且后者對纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能有很大的影響。苧麻纖維良好的吸濕性不僅導(dǎo)致了纖維與聚丙烯樹脂之間較差的界面粘結(jié)性能，而且吸濕溶脹會破壞復(fù)合材料內(nèi)的纖維與樹脂之間的粘結(jié)，從而導(dǎo)致復(fù)合材料性能的失效。
　　常壓等離子處理技術(shù)是一種新型有效的表面改性技術(shù)。相對于需要真空干燥條件的等離子體表面改性技術(shù)而言，常壓等離子處理技術(shù)具有可持續(xù)性操作、成本低廉、處理時(shí)間短和靈活度高等優(yōu)勢。最重要的是常壓等

4、離子體技術(shù)還能處理含液材料，這樣極大的擴(kuò)展了等離子技術(shù)的應(yīng)用范圍。由于在紡織品的加工工序中，常常要進(jìn)行濕處理，并且許多纖維尤其是天然纖維一般都具有較好的吸濕性，同時(shí)紡織車間所需的高濕度，都使紡織品在加工流水線上具有較高的含水率。常壓等離子技術(shù)的出現(xiàn)使等離子體處理能應(yīng)用到紡織工業(yè)當(dāng)中去。
　　常壓等離子技術(shù)可以有效的處理苧麻纖維表面，提高苧麻纖維表明粗糙度，改善纖維表面極性。但是由于聚丙烯樹脂是一種幾乎不吸水的熱塑性樹脂，提高苧麻纖

5、維表面的親水性可能會導(dǎo)致苧麻纖維和聚丙烯樹脂之間粘結(jié)性能的下降。因此為了提高纖維與樹脂之間的粘結(jié)性能，需要一種切實(shí)有效的表面改性方法去提高苧麻纖維表面的粗糙程度，并且降低苧麻纖維的親水性，從而改善苧麻纖維與聚丙烯樹脂之間的粘結(jié)性能，提高苧麻纖維復(fù)合材料的機(jī)械性能。本課題利用常壓等離子體表面改性技術(shù)結(jié)合醇類預(yù)處理對苧麻纖維表面進(jìn)行疏水改性。通過熱熔的方法將聚丙烯樹脂與苧麻纖維制成微復(fù)合材料樣品，采用微粒脫落的方法測得苧麻纖維與聚丙烯樹脂之

6、間的界面剪切強(qiáng)度來表征界面粘結(jié)性能。并對纖維表面進(jìn)行各項(xiàng)測試，從而表征苧麻纖維表面性能的改善。
　　首先對苧麻纖維進(jìn)行表面預(yù)處理，本課題選取了3種不同的醇類，乙醇，異丙醇，正丁醇。然后采用常壓等離子體射流對苧麻纖維進(jìn)行表面改性。頻率為13.56MHz，放電功率是40W。氣流采用高純度的氦氣(99.99％)，氣流流速為20L/min.工作高度為2mm,處理時(shí)間在8-24s范圍內(nèi)。然后采用掃描電子顯微鏡觀察苧麻纖維表面形態(tài)， X射線光

7、電子能譜分析苧麻纖維表面化學(xué)組分，靜態(tài)接觸角表征苧麻纖維表面化學(xué)能。然后制備微纖維復(fù)合材料樣品，通過微粒脫落的方法測得苧麻纖維與聚丙烯樹脂之間的界面剪切強(qiáng)度。
　　掃描電子顯微鏡（SEM）顯示在醇類預(yù)處理常壓等離子體處理之后，苧麻纖維表面粗糙度增加，這有利于苧麻纖維表面與聚丙烯樹脂之間的機(jī)械鎖結(jié)；但隨著常壓等離子體處理時(shí)間的增加，大量的缺陷開始出現(xiàn)致使苧麻纖維基體的機(jī)械性能受到損傷，導(dǎo)致了復(fù)合材料性能的下降。X射線光電子能譜分析（

8、XPS）顯示，在經(jīng)過處理之后，苧麻纖維表面的化學(xué)組分發(fā)生了明顯的變化，疏水的C-C基團(tuán)在處理后有了明顯的增加。靜態(tài)接觸角結(jié)果顯示處理之后，苧麻纖維表面接觸角都有所增大，接近于疏水。這樣既有利于改善苧麻纖維表面與聚丙烯樹脂之間的粘結(jié)，又有利于減少水分的吸收，減少復(fù)合材料界面粘結(jié)的損傷。苧麻纖維與聚丙烯樹脂之間界面剪切強(qiáng)度的測量顯示在醇類預(yù)處理常壓等離子體處理后，界面剪切強(qiáng)度增加；但隨著常壓等離子體處理時(shí)間的延長，界面剪切強(qiáng)度會有所下降。相