黃麻纖維針刺氈增強乙烯基樹脂復(fù)合材料的制備與性能.pdf

1、隨著可持續(xù)發(fā)展主題的延伸，天然纖維增強復(fù)合材料以其價廉、環(huán)境友好及較高的力學(xué)性能成為高新技術(shù)材料研究中的新領(lǐng)域，在汽車、建筑等行業(yè)可與玻璃鋼相媲美。天然纖維中，黃麻纖維屬于韌皮纖維的一種，具有較高的比強度和比模量，作為復(fù)合材料的增強體具有廣闊的應(yīng)用前景；乙烯基樹脂(vinyl esterresin)是一種新型的低粘度熱固性樹脂，它是由環(huán)氧樹脂和含雙鍵的不飽和一元羧酸加聚而成，兼有不飽和聚酯樹脂與環(huán)氧樹脂的優(yōu)點，在國外被廣泛用于玻璃纖維、

2、碳纖維等高性能纖維的增強基。
　　 本課題以黃麻纖維針刺非織造物為增強體，Atlac580乙烯基樹脂為基體，采用真空輔助樹脂傳遞模塑法(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding，VARTM)制備復(fù)合材料板材，并進行性能研究。文中首先對黃麻原麻纖維進行堿和雙氧水兩種預(yù)處理，以原麻和上述兩種黃麻纖維為原材料，采用平行鋪網(wǎng)的方式，采取相同的針刺工藝：鋪網(wǎng)刺數(shù)為3刺、預(yù)針刺頻率為550r/min、高頻

3、主針刺頻率為850r/min，以及針刺深度為9mm，分別制備了原麻纖維針刺氈、堿預(yù)處理針刺氈以及雙氧水處理針刺氈，并對三種針刺氈進行了基本參數(shù)的測定，包括厚度、定量及縱向拉伸性能，測試結(jié)果表明：預(yù)處理后黃麻纖維針刺氈的定量和厚度減小，但縱向拉伸強力提高，各基本參數(shù)的不勻系數(shù)降低。
　　 為了研究脫膠處理對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，以原麻纖維針刺氈為材料，分別對其進行兩種不同程度的脫膠，并以原麻纖維氈和上述兩種脫膠程度的纖維氈為增強

4、體制備增強復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，脫膠處理改變了乙烯基樹脂對黃麻纖維氈的滲透速率，果膠雜質(zhì)的去除在一定程度上提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能，拉伸強度隨著膠質(zhì)含量的減少而呈逐漸增加的趨勢，但殘膠率為2.78％的黃麻纖維氈增強復(fù)合材料的彎曲強度相對于殘膠率為4.51％麻纖維氈增強復(fù)合材料的強度反而有所下降，拉伸模量和彎曲模量的都隨著脫膠程度的增加而增大，且彎曲模量的改變比較顯著。
　　 經(jīng)過初步研究知道，采取脫膠處理并不能從本質(zhì)上解決黃麻

5、纖維與乙烯基體樹脂的界面相容性問題，因此本課題采用了堿、KMnO4、硅烷偶聯(lián)劑A-151三種表面處理劑，分別對堿預(yù)處理黃麻纖維針刺氈進行表面改性。通過非織造物抽拔出的纖維的表面能測試，復(fù)合材料的拉伸、彎曲性能測試及斷裂面掃描電子顯微鏡的觀察探討了表面處理對材料性能的影響。結(jié)果得知：堿和KMnO4都能改變黃麻纖維表面的粗糙程度，且KMnO4刻蝕的程度更大，增大了纖維與基體之間的物理機械結(jié)合力；偶聯(lián)劑A-151的處理使基體與黃麻纖維表面形成

6、了細胞壁的鍵接，并為纖維與乙烯基樹脂的有效橋接提供了與基體反應(yīng)相匹配的官能團，且力學(xué)性能提高最為顯著，其中，拉伸強度和彎曲強度分別比未處理前提高了51.38％和77.46％。
　　 為嘗試進一步提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，本課題采用碳纖維分三層縱向鋪層于雙氧水處理黃麻纖維針刺氈中，通過建立黃麻/碳混雜增強復(fù)合材料的拉伸與彎曲數(shù)學(xué)模型對復(fù)合材料的力學(xué)性能進行理論預(yù)測與實際驗證，同時制備了相同纖維含量的雙氧水處理黃麻纖維針刺氈增強復(fù)合材