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、比強度高、可回收、價格低廉、人體親和性好等優(yōu)點，被廣泛應用于汽車工業(yè)、建筑工業(yè)、日用消費品等領域。
　　天然纖維由于有著來源豐富，價格低廉，并且可再生自然降解等優(yōu)異性能，被廣泛應用于纖維增強復合材料中。苧麻纖維是一種紡織工業(yè)常用的天然纖維，它非常堅韌，比強度大且延伸度小，并且不易受霉菌腐蝕和蟲蛀，是天然纖維增強復合材料的理想增強纖維。
　　熱塑性樹脂是指這種樹

2、脂在不起化學反應的情況下具有可重復受熱軟化、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，是一種機械性能和耐熱性能良好的熱塑性樹脂，并且化學穩(wěn)定性好，耐酸堿和有機溶劑，幾乎不吸水，這些性能使聚丙烯樹脂成為天然纖維復合材料中優(yōu)異的基質(zhì)成分。
　　由于在纖維增強復合材料中，復合材料的性能不僅取決于增強材料和基質(zhì)材料的性能，而且

3、取決于增強材料和基質(zhì)材料組分間的界面相容性，并且后者對纖維增強復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致了纖維與聚丙烯樹脂之間較差的界面粘結性能，而且吸濕溶脹會破壞復合材料內(nèi)的纖維與樹脂之間的粘結，從而導致復合材料性能的失效。
　　常壓等離子處理技術是一種新型有效的表面改性技術。相對于需要真空干燥條件的等離子體表面改性技術而言，常壓等離子處理技術具有可持續(xù)性操作、成本低廉、處理時間短和靈活度高等優(yōu)勢。最重要的是常壓等

4、離子體技術還能處理含液材料，這樣極大的擴展了等離子技術的應用范圍。由于在紡織品的加工工序中，常常要進行濕處理，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。常壓等離子技術的出現(xiàn)使等離子體處理能應用到紡織工業(yè)當中去。
　　常壓等離子技術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致苧麻纖維和聚丙烯樹脂之間粘結性能的下降。因此為了提高纖維與樹脂之間的粘結性能，需要一種切實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性能，提高苧麻纖維復合材料的機械性能。本課題利用常壓等離子體表面改性技術結合醇類預處理對苧麻纖維表面進行疏水改性。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、間的界面剪切強度來表征界面粘結性能。并對纖維表面進行各項測試，從而表征苧麻纖維表面性能的改善。
　　首先對苧麻纖維進行表面預處理，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組分，靜態(tài)接觸角表征苧麻纖維表面化學能。然后制備微纖維復合材料樣品，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度。
　　掃描電子顯微鏡（SEM）顯示在醇類預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械鎖結；但隨著常壓等離子體處理時間的增加，大量的缺陷開始出現(xiàn)致使苧麻纖維基體的機械性能受到損傷，導致了復合材料性能的下降。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組分發(fā)生了明顯的變化，疏水的C-C基團在處理后有了明顯的增加。靜態(tài)接觸角結果顯示處理之后，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，又有利于減少水分的吸收，減少復合材料界面粘結的損傷。苧麻纖維與聚丙烯樹脂之間界面剪切強度的測量顯示在醇類預處理常壓等離子體處理后，界面剪切強度增加；但隨著常壓等離子體處理時間的延長，界面剪切強度會有所下降。相