天然橡膠-棉漿短纖維復(fù)合材料的研究.pdf

1、棉漿短纖維是一種富含纖維素的天然產(chǎn)物，利用它來補強的橡膠復(fù)合材料具有優(yōu)異的物理機械性能、易于加工、質(zhì)量輕等特點，因此具有較高的工業(yè)應(yīng)用價值。本文研究了短纖維用量、取向和長度對天然橡膠（NR）復(fù)合材料性能的影響，同時還研究了乙酰化反應(yīng)對短纖維表面的改性作用以及雙-[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物（TESPT）和馬來酸酐/天然橡膠接枝物（通過力化學(xué)作用制備）作為偶聯(lián)劑對復(fù)合材料性能的影響。 通過簡單機械共混法制備了天然橡膠/棉漿

2、短纖維復(fù)合材料。隨著短纖維用量的增加，短纖維在復(fù)合材料中取向度上升，并于30份用量時達(dá)到最大值，之后取向度略有下降；隨著短纖維用量的增加，復(fù)合材料硬度不斷增大，拉伸強度和斷裂伸長率減小，拉伸出現(xiàn)屈服現(xiàn)象并且屈服強度不斷提高，初始模量和定伸模量不斷增大，T 向（拉伸方向與短纖維取向垂直）斷裂伸長率，屈服強度，初始模量和定伸模量均大于L 向（拉伸方向與短纖維取向平行）；此外，隨著短纖維用量的增加，復(fù)合材料的溶脹平衡較遲達(dá)到，并且L 向溶脹率

3、明顯小于T 向溶脹率；含較長短纖維的復(fù)合材料拉伸強度與斷裂伸長率較低，并且具有更為優(yōu)異的耐溶脹性能。 對短纖維進行改性以降低親水性，從而提高其與橡膠基體之間的相容性。因此在1500C 下利用乙酸酐對短纖維進行乙?；磻?yīng)改性，并研究反應(yīng)時間對短纖維性能的影響。隨著反應(yīng)時間的增加，乙?；w維酯化含量不斷增加，在反應(yīng)時間為90min 之后趨于穩(wěn)定值；全反射紅外光譜分析（ATR-FTIR）證明了乙?；磻?yīng)的發(fā)生；X-射線衍射分析(XRD

4、)證明了乙酰化反應(yīng)消除了短纖維的部分結(jié)晶相，從而降低了材料結(jié)晶度；靜態(tài)和動態(tài)接觸角測試表明乙?；磻?yīng)降低短纖維的本征親水性，隨著反應(yīng)時間的增加，接觸角不斷增大，表面能逐漸縮?。粓霭l(fā)射掃描電子顯微鏡測試（FESEM）證明了乙?；磻?yīng)去除了短纖維表面的蠟層從而使短纖維表面變得光滑。 TESPT 被用作原位表面改性劑以改善短纖維和橡膠基體之間的界面結(jié)合力。交聯(lián)密度測試證明了TESPT的加入提高了復(fù)合材料的交聯(lián)密度，這說明TEPST 參

5、與了硫化網(wǎng)絡(luò)的形成；Lorenz-Park 曲線證明加入TESPT 后基體與填料之間的結(jié)合力增強；隨著TESPT的加入，復(fù)合材料的機械性能得到了一定的提高，但是在TESPT 用量對復(fù)合材料的性能沒有明顯影響；隨著短纖維用量的增加，含TESPT的復(fù)合材料的力學(xué)性能比不含TESPT的復(fù)合材料有著明顯提高，從應(yīng)力-應(yīng)變曲線中也可以看到含TESPT的復(fù)合材料的屈服強度和初始模量更大，這說明了TESPT的加入增強了基體與短纖維之間的結(jié)合力；并且利

6、用拉伸測試三階段模型來解釋應(yīng)力-應(yīng)變曲線中所出現(xiàn)的現(xiàn)象；動態(tài)力學(xué)性能測試（DMA）證明在相同短纖維用量下，含TESPT的復(fù)合材料的彈性模量更大，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度更高，損耗因子更小，這充分說明了TESPT的加入更有效地束縛了橡膠分子鏈的運動；掃描電鏡測試（SEM）表明從含TESPT的復(fù)合材料中拔脫的短纖維表面更為粗糙，這也證明了在TESPT的作用下，基體與短纖維之間較強的結(jié)合力。 在不使用引發(fā)劑的情況下采用剪切力引發(fā)的力化學(xué)作用制備

7、馬來酸酐接枝天然橡膠（MNR），并研究MNR 作為偶聯(lián)劑時對天然橡膠/短纖維復(fù)合材料性能的影響。紅外光譜分析（FTIR）分析證明了馬來酸酐被成功地接枝于天然橡膠分子鏈上，并且羰基峰的偏移也說明了馬來酸酐與短纖維之間的氫鍵作用；利用滴定法測定馬來酸酐接枝量，隨著馬來酸酐用量的增加，接枝量不斷提高；對復(fù)合材料的機械性能測試表明加入MNR 作為偶聯(lián)劑后，復(fù)合材料的機械性能得到了改善；Kraus 曲線和FESEM 測試表明，加入MNR 后短纖維