劍麻纖維-酚醛樹脂原位復(fù)合材料的制備與研究.pdf

1、本論文借助紅外光譜(IR)、X-射線、掃描電鏡(SEM)、熱重分析(TG)和差示掃描量熱分析(DSC)等手段，研究了劍麻纖維(SF)經(jīng)過一系列物理化學(xué)方法處理后化學(xué)結(jié)構(gòu)、結(jié)晶和熱性能的變化。采用了一種新型復(fù)合材料制備方法——聚合填充法，制備了劍麻纖維/酚醛樹脂原位復(fù)合材料。通過靜態(tài)力學(xué)、動(dòng)態(tài)力學(xué)、熱膨脹分析、熱重分析、掃描電鏡、透射電鏡(TEM)等手段研究了劍麻纖維的加入方式、用量、長度、處理方法及與玻璃纖維(GF)混雜增強(qiáng)等對(duì)復(fù)合材料

2、沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、耐磨性、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg、熱分解溫度Td、電阻率和耐水性能的影響，得到了性能優(yōu)異的復(fù)合材料。 通過上述研究，本文得出以下結(jié)論： (1)劍麻纖維經(jīng)過一系列物理化學(xué)方法處理之后，形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化；堿處理能將果膠、木質(zhì)素和半纖維素等雜質(zhì)除去，而結(jié)晶度略有降低；劍麻纖維在空氣中的熱分解大致分為三個(gè)階段進(jìn)行，其中經(jīng)堿處理后第二階段Td比未處理時(shí)提高了約40℃。 (2)聚合填充法是一種較理想的新型

3、改性方法。該法比傳統(tǒng)的共混法在材料的沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量方面分別提高了17.61％、7.16％和12.25％；Tg提高了近20℃；Td提高了38℃；該法制備的復(fù)合材料具有較好的耐水性能，雖然表面電阻率略有降低，但是對(duì)體積電阻率影響不大。 (3)研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度隨SF用量的增大而增大在50％時(shí)材料有最大沖擊強(qiáng)度5.81KJ/m2。當(dāng)纖維用量達(dá)到60％時(shí)，其耐磨性比純樹脂提高了近1.5倍。當(dāng)劍麻纖維用量為10％，

4、采用物理處理方法中的堿處理、堿-熱處理，化學(xué)方法KH-550硅烷偶聯(lián)劑時(shí)，劍麻纖維/酚醛樹脂原位復(fù)合材料有較高的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。固定劍麻纖維的用量和處理方法，當(dāng)纖維的長度為4mm，對(duì)應(yīng)的劍麻纖維/酚醛樹脂原位復(fù)合材料的力學(xué)性能最好。 (4)采用劍麻纖維和玻璃纖維混雜增強(qiáng)制備的酚醛樹脂復(fù)合材料，在力學(xué)性能方面存在明顯的混雜效應(yīng)。得出SF/GF質(zhì)量配比為1/1時(shí)復(fù)合材料力學(xué)性能最佳；玻纖的加入大大提高了材料的耐熱性能；SF與GF

5、的混雜增強(qiáng)對(duì)復(fù)合材料的電阻率影響不大。 (5)TEM切片觀察纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)后酚醛樹脂在聚合過程中已經(jīng)成功滲透浸潤到纖維細(xì)胞之中。SF/PF復(fù)合材料的沖擊斷面形貌SEM觀察發(fā)現(xiàn)試樣斷裂的同時(shí)伴隨明顯的纖維拔出現(xiàn)象，這也是材料力學(xué)性能提高的重要依據(jù)。從SF/PF復(fù)合材料摩擦磨損面的SEM形貌觀察發(fā)現(xiàn)，純酚醛樹脂磨損后，發(fā)生了表面疲勞磨損；SF/PF原位復(fù)合材料磨損后，是明顯的粘著磨損特征。SF/GF/PF復(fù)合材料的磨損是粘