竹纤维组合形态对竹纤维/聚丙烯复合材料性能的影响

以聚丙烯（PP）为基体,单根竹纤维（SBF）和竹纤维束（BFS）两种形态竹纤维为增强体,采用无纺气流铺装-模压工艺制备了SBF-BFS/PP复合材料。通过力学试验机、SEM、TGA、DSC等对SBF-BFS/PP复合材料的力学性能、微观形貌、热性能等进行表征,研究竹纤维形态配比变化对SBF-BFS/PP复合材料综合性能的影响。结果表明,在纤维总含量不变情况下,SBF在两种形态竹纤维中的含量逐步增加时,SBF-BFS/PP复合材料冲击强度和弹性模量逐步增加; SBF在两种形态竹纤维中质量分数为90wt%时,SBF-BFS/PP复合材料冲击强度和弹性模量比SBF质量分数为10wt%时分别提高了26.46%和38.39%; SEM结果表明,竹纤维与PP基体存在较差界面相容性,竹纤维出现断裂和拔出等现象;热失重结果表明,随着SBF含量的增加,SBF-BFS/PP复合材料的耐热性能并没有明显变化。此外,对SBF-BFS/PP复合材料的耐水性能测试结果表明,由于SBF比表面积大,随SBF含量的增加,SBF-BFS/PP复合材料中易吸水组分增加,从而导致其耐水性能下降。      

单向竹原纤维表面改性对其增强不饱和聚酯树脂复合材料性能的影响

采用碱处理、碱-偶联剂联合处理对竹原纤维进行表面改性,通过缝合-模压工艺制备了单向连续竹原纤维/不饱和聚酯树脂(BF/UP)复合材料。研究了不同表面改性方法对BF/UP复合材料静态、动态力学性能、吸水性能等的影响,并用SEM、红外光谱等技术研究了改性处理后纤维的表面及复合材料界面结合情况。结果表明:经过不同表面处理后BF/UP复合材料的性能均有所改善。当采用5wt%碱-3wt%偶联剂联合处理时,BF/UP复合材料综合性能最优,其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、剪切强度较未处理的分别提高了34.29%、15.95%、11.26%、29.39%;复合材料存储模量(33℃)较未处理的提高了63.80%,损耗因子有所降低;BF/UP复合材料24h、720h吸水率较未处理的分别减小了55.35%、27.32%。SEM和红外光谱结果表明,改性处理后竹原纤维表面杂质减少,附着了一层偶联剂膜,BF/UP复合材料中纤维与树脂之间的界面结合更好。     

碱处理对竹纤维/聚乳酸可降解复合材料性能影响研究

以NaOH溶液为改性剂对竹纤维进行碱处理,再与聚乳酸(PLA)熔融共混制备竹纤维/PLA可降解复合材料。探讨了NaOH溶液浓度、碱处理时间和碱处理温度对复合材料拉伸强度、抗弯强度和耐水性能的影响规律,并采用扫描电子显微镜(SEM)对碱处理竹纤维的表面形貌进行了观测。结果表明,碱处理使竹纤维表面粗糙度增大,单纤维的强度提高,有效提高了与PLA基体的机械黏接力。但碱浓度过大、处理时间过长或处理温度过高时,纤维素分子链排列致密程度降低,整体纤维的力学性能下降。NaOH溶液浓度为3%,处理时间为4h,处理温度为60℃时,所制得竹纤维/PLA复合材料拉伸性能、弯曲性能和耐水性能均最佳。     

PBS/竹纤维复合材料的研究

介绍了聚丁二酸丁二醇酯(PBS)/竹纤维复合材料的力学性能及生物降解性能,探讨了应用不同偶联剂处理及未处理竹纤维以及竹纤维含量对PBS力学性能的影响。实验证明:KH-560的表面处理效果优于其它偶联剂,并且随着竹纤维含量的增加,复合材料的力学性能及热变形温度都呈现逐渐升高的趋势,PBS/竹纤维复合材料的生物降解速率明显大于纯PBS树脂的降解速率。     

三聚氰胺聚磷酸盐对竹纤维/聚丙烯复合材料力学及阻燃性能的影响

采用三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）作为阻燃剂,加入到竹纤维/聚丙烯（BF/PP）复合毡中,制备MPP-BF/PP复合材料。采用力学测试和SEM研究MPP对MPP-BF/PP复合材料力学性能和微观形貌的影响;采用极限氧指数（LOI）、热失重（TG）和吸水率为指标研究MPP对MPP-BF/PP复合材料阻燃性、热稳定性和耐水性的影响。测试表明:MPP的质量分数小于30wt%时,MPP-BF/PP复合材料弯曲强度和冲击强度随MPP质量分数的增加先增大后减小,当MPP质量分数达到5wt%时,MPP-BF/PP复合材料呈现出最佳的弯曲强度和冲击强度;MPP在MPP-BF/PP复合材料内部均匀分布,而随着MPP质量分数的增加,MPP-BF/PP复合材料断裂面的粗糙度明显提高,即MPP与PP界面相容性变差,使其力学性能降低。LOI测试结果表明,MPP可以有效提高MPP-BF/PP复合材料的阻燃性能,当MPP质量分数为30wt%时,MPP-BF/PP复合材料LOI达到24.3%。热失重测试表明,MPP的加入可提高MPP-BF/PP复合材料的热分解温度,促进其残炭率明显增大,有利于提高MPP-BF/PP复合材料阻燃性能。耐水性能测试结果表明,MPP质量分数小于20wt%时,MPP对MPP-BF/PP复合材料的耐水性能没有明显影响。采用模糊综合评价法分析表明,MPP质量分数为10wt%时,MPP-BF/PP复合材料性能最优。      

汉麻纤维表面改性对其增强聚丙烯复合材料性能及挥发性有机化合物释放影响

通过非织造-热压工艺制备了汉麻纤维增强聚丙烯（HF/PP）复合材料。采用热重-质谱联用仪（TG-MS）研究了HF/PP复合材料的挥发性有机化合物（Volatile organic compounds,VOC）释放来源及汉麻经聚乙烯醇（PVA）改性和尿素改性对HF/PP复合材料VOC释放的影响,同时研究了两种改性方法对HF/PP复合材料热学性能和力学性能的影响。结果表明：HF/PP复合材料中的VOC主要来源于汉麻纤维,改性后的HF/PP复合材料力学性能相比未处理的均有不同程度的提升,尿素改性后,HF/PP复合材料的拉伸强度和弯曲强度达到最大值,较未处理时分别提升了19.32%和15.04%。PVA改性后,HF/PP复合材料的拉伸模量、弯曲模量和剪切强度达到最大值,相比未改性时分别提升了17.72%、15.94%和24.72%。改性后HF/PP复合材料热稳定性能和VOC释放相较未处理时均得到了优化：PVA改性后HF/PP复合材料热稳定性最优,三个阶段总活化能较未处理时提高了121.99%,达到了392.56 kJ·mol^-1,并且HF/PP复合材料热稳定性与界面性能密切相关;尿素及PVA改性后HF/PP复合材料的总VOC（TVOC）释放量相较未处理时均降低。     

界面调控对竹纤维/聚乳酸复合材料性能的影响

分别采用碱(NaOH)处理、异氰酸酯(MDI)处理以及NaOH+MDI处理的界面调控方法对竹纤维/聚乳酸复合材料界面进行调控。结果表明,3种界面调控均改善了竹纤维/聚乳酸复合材料界面粘接性能、拉伸强度、冲击强度和防水性能;界面调控后,复合材料的粘流活化能增加,而热流动性因竹纤维与聚乳酸交联变得困难;复合材料玻璃转化温度和结晶温度升高,熔融峰变窄;复合材料热降解温度升高,热稳定性增加。NaOH+MDI联合对竹纤维/聚乳酸复合材料界面调控效果最好,对复合材料的性能影响最显著。     

纳米SiO2改性竹纤维/乙烯基树脂复合材料界面相容性

以乙烯基树脂(VE)为基体,竹纤维(BF)为增强材料,通过偶联剂KH602对纳米SiO₂进行改性处理,并利用改性后纳米SiO₂分别对竹纤维和树脂进行改性处理,采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)制备了BF/VE复合材料。采用FTIR、SEM对改性后纤维和树脂的表面物理化学状态进行表征,结果表明:改性纳米SiO₂成功化学接枝到竹纤维表面且分散到树脂基体中,改性纳米SiO₂在BF1/VE0.5 (用1.0wt%改性纳米SiO₂改性纤维和0.5wt%改性纳米SiO₂改性树脂)复合材料中分散更为均匀;采用力学试验机和SEM对复合材料力学、断口和表面形貌进行分析,考察改性纳米SiO₂的添加量对BF/VE复合材料力学性能、界面性能的影响。结果表明:BF1/VE0.5复合材料的拉伸、弯曲及冲击强度分别达到最大值49.0 MPa、70.6 MPa和150.4 J/m,与未处理的复合材料相比分别提高了18.9%、26.1%、70.7%。此外,还初步探讨了改性纳米SiO₂的界面增强机制。      

长竹纤维束定向增强聚丙烯复合材料

目的 以我国资源丰富的竹子和聚丙烯(PP)作为原料，研究竹材的预处理和成形工艺对其物理力学性能的影响，扩大竹材的应用领域。方法 通过碱液预处理，对竹条进行软化分丝。然后，利用热压技术将所提取的竹子与聚丙烯进行复合，并调节热压工艺，得出最优参数。结果 使用质量分数为6%的NaOH，在100 ℃下预处理2.5 h，通过辊压疏解，制备长竹纤维束(LBF)，LBF的抗拉强度为397.2 MPa。经过处理后，LBF/PP复合材料的储能模量达到9.49 GPa，比未处理的LBF/PP复合材料提升了11.5%。确定了最优热压条件:温度为190 ℃、时间为20 min、压力为6 MPa。随着长竹纤维含量的增加，LBF/PP复合材料的耐水性降低。结论 使用长竹纤维束所制备的LBF/PP复合材料具有优异的物理力学性能，有望作为结构材料应用于集装箱、托盘等，在包装应用领域有较好的前景。     

碱处理对SF/PP木塑复合材料力学性能的影响

采用不同碱处理浓度、处理时间对剑麻纤维(SF)进行表面改性,通过与聚丙烯树脂(PP)混合、塑炼、模压成型制备SF/PP木塑复合材料。研究了剑麻纤维(SF)表面的碱处理方法、含量对SF/PP木塑复合材料力学性能的影响,借助光学显微镜和扫描电子显微镜对SF纤维和复合材料的冲击断面进行微观结构分析。结果表明:碱处理能够提高SF/PP木塑复合材料的力学性能。在碱浓度为10%时,处理时间为4h,SF含量为20%时,冲击强度为15.78kJ.m-2达到最大值,弯曲强度和弯曲模量随着SF含量的增加出现增大的趋势。     

玻璃纤维含量对竹粉/高密度聚乙烯复合材料性能的影响

为利用玻璃纤维提高木塑复合材料的综合性能,探讨玻璃纤维含量对竹粉/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料性能的影响规律,首先,采用A-171硅烷偶联剂对竹粉表面进行了改性,并加入了一定量的玻璃纤维;然后,采用热压成型工艺制备了玻璃纤维-竹粉/HDPE复合材料;最后,考察了玻璃纤维含量对复合材料力学性能、热学性能及摩擦学性能的影响,并利用SEM观察材料的断面和磨损表面形貌。结果表明:当玻璃纤维含量为3wt%时,能显著提高竹粉/HDPE复合材料的拉伸强度和弯曲强度,与未添加玻璃纤维的复合材料相比,添加玻璃纤维后复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别提高了19.41%和23.54%;在30~60℃温度范围内,复合材料长度-宽度方向上的线膨胀系数随着玻璃纤维含量的增加而明显减小,而同一复合材料的线膨胀系数随温度的升高而逐步增大;在氮气气氛下,随玻璃纤维含量的增加,竹粉/HDPE复合材料的摩擦系数先逐渐增大,而后基本保持不变,磨损率逐渐减小。所得结论显示玻璃纤维含量为3wt%~7wt%的木塑产品适用于建筑横梁(如凉亭或桥梁等),而玻璃纤维含量为7wt%~10wt%的木塑产品适用于高人流量场所(如公园或休闲绿道等)的地面铺装。      

聚乙烯醇交联改性对天然纤维增强聚丙烯复合材料性能的影响

采用聚乙烯醇(PVA)交联对洋麻(KF)增强聚丙烯(PP)、棕榈(PF)增强聚丙烯(PP)复合材料进行改性,通过模压成型工艺制备KF/PP和PF/PP复合材料。研究不同交联方法对复合材料的结构和性能的影响,采用SEM、DMA等技术研究了改性对复合材料的界面结合及力学性能影响。结果表明:PVA协同偶联剂交联改性对天然纤维/PP复合材料的综合改性效果最好,当用5%PVA+3%偶联剂对KF/PP改性时,KF/PP复合材料的弯曲强度提升25.2%,弯曲模量提升35.49%,剪切强度提升28%,分别达到了50.90 MPa、5.76 GPa、5.4MPa。当用5%PVA+2%偶联剂对PF/PP改性时,PF/PP复合材料的弯曲强度提升31.46%,弯曲模量提升27.07%,剪切强度提升21.75%,分别达到44.33MPa、2.32GPa、5.18MPa。改性后KF/PP、PF/PP复合材料的含水率分别下降了46.89%、10.63%,吸水率分别下降了8.57%、6.12%。KF/PP改性后储能模量提高20.93%,PF/PP改性后Tg值由90.1℃上升到113.8℃。SEM表明:PVA协同偶联剂交联改性有效改善了纤维与PP间的粘结,纤维与PP间的界面结合得到改善。     

植物纤维增强PS木塑复合材料的性能研究

以木纤维、竹纤维和聚苯乙烯为主要原料,加入偶联剂、润滑剂、增塑剂等加工助剂,经挤出注塑制备聚苯乙烯/木纤维复合材料。研究了植物纤维种类和添加质量分数、偶联剂KH-550添加质量分数对PS木塑复合材料力学性能的影响。结果表明：木纤维和偶联剂的加入都使复合材料的力学性能呈先增大后减小的趋势。当木纤维添加质量分数为25%,偶联剂KH-550添加质量为木纤维添加质量的1.5%时,复合材料具有最大的拉伸强度、弯曲强度和断裂伸长率,分别为30.2MPa,86MPa和8.74%,缺口冲击强度随木纤维添加质量分数的增加而减小。木纤维和竹纤维填充的两种复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度相差不大。     

Expanded graphite nanoplatelets as coupling agents in glass fiber reinforced polypropylene composites

The interfacial adhesion between E-glass fibers and various types of nanomodified polypropylene (PP) matrices have been investigated on single-fiber model composites. In particular, an evaluation of the fiber–matrix interfacial shear strength was performed by the fragmentation tests on model composites prepared by using PP matrices containing various amounts (up to 7 wt%) of expanded graphite nanoplatelets (xGnP).The presence of xGnP in the polymer matrix resulted in a remarkable increase of the interfacial shear strength values (up to a factor of about 6 for a 7 wt% content of xGnP) if compared to neat PP. Moreover, wettability measurements in various liquids evidenced that the work of adhesion of the polymer matrix with respect to glass fiber, was improved by the presence of xGnP.     

苎麻织物表面改性对其增强热固性聚乳酸复合材料力学及阻燃性能的影响

采用碱处理、硅烷偶联剂处理、碱+硅烷偶联剂复合处理、碱+阻燃剂+硅烷偶联剂复合处理对苎麻织物进行表面改性,采用模压工艺制备了苎麻织物增强热固性聚乳酸(PLA)复合材料。研究了4种表面改性方法对苎麻织物/PLA复合材料弯曲性能的影响,采用SEM研究了苎麻纤维与PLA基体之间的界面结合状况。结果表明:经过4种表面改性处理后苎麻织物/PLA复合材料的弯曲性能均有所提高,其中碱+硅烷偶联剂复合处理后提高幅度最大,苎麻织物/PLA复合材料的弯曲强度、模量分别提高了59.5%、51.9%。碱+阻燃剂+硅烷偶联剂复合处理后苎麻织物/PLA复合材料的弯曲强度、模量较未处理时分别提高了38.0%、66.8%;且苎麻织物/PLA复合材料60s点火时间的损毁长度为8.25cm,达到了美国DOT/FAA/AR-00/12要求的标准。SEM结果表明:改性处理后苎麻织物/PLA复合材料中纤维与树脂之间的界面结合更好。     

竹纤维/聚乳酸复合材料界面调控

分别采用碱(NaOH)处理、 异氰酸酯(MDI)处理以及NaOH+MDI处理的界面调控方法对竹纤维/聚乳酸复合材料界面进行调控。结果表明, NaOH处理可以进一步细化竹纤维, 增加比表面积, 实现对竹纤维/聚乳酸复合材料界面的物理调控; MDI处理能够实现对复合材料界面的化学调控; 三种界面调控方法均可以改善竹纤维/聚乳酸复合材料的力学性能, 而NaOH+MDI界面调控效果最佳, 调控处理后复合材料拉伸强度和冲击强度分别增加了36.9%和36.5%。     

甘蔗渣的碱处理对其纤维增强全降解复合材料的影响

利用压制成型的方法制备了甘蔗渣纤维增强全降解复合材料, 探讨了碱处理对材料性能的影响。结果表明, 1 %碱液处理后材料的力学性能得到了提高。碱处理后纤维的分解细化和表面优化改善了纤维/ 基材的粘结性能, 从而使材料力学性能得到提高。而且, 处理后纤维拉伸强度和长径比的增大以及纤维缺陷的降低也会增强材料性能。