剑麻纤维增强复合材料的研究进展

综述了剑麻纤维和剑麻纤维增强复合材料的结构和性能及其应用.对剑麻纤维的综述主要包括剑麻纤维概况及与其他纤维的比较、剑麻纤维的表面处理方法和表征;对剑麻纤维增强复合材料的综述主要包括剑麻纤维增强热塑性树脂、热固性树脂、橡胶、水泥和石膏等其他基体复合材料的研究.     

剑麻纤维增强胶原基复合材料

用戊二醛作交联剂对皮革下脚料中提取的胶原水解物进行交联改性,采用溶胀度表征了材料的交联程度。探讨了戊二醛用量、胶原蛋白浓度和丙三醇含量对材料溶胀度的影响,并使用红外光谱对交联产物进行了表征。以改性胶原蛋白为基体、剑麻纤维为增强相,制备了剑麻纤维/胶原蛋白复合材料。用扫描电子显微镜对复合材料的形貌进行了表征,探讨了剑麻纤维的表面处理、纤维含量以及长度对复合材料力学性能的影响。结果表明,对剑麻纤维表面进行碱处理可以改善纤维的表面结构,增加纤维与基体的界面粘结,提高复合材料的力学性能。当剑麻纤维质量分数为15 %、纤维长度为 7～8 mm时,复合材料具有较好的力学性能。该复合材料可望在包装垫隔材料方面得以应用。      

TLCP/SF/酚醛树脂混杂复合材料的摩擦磨损性能

采用自行合成的热致性液晶聚合物(TLCP)与酚醛树脂(PF)通过熔融挤出进行原位复合,加入经过表面处理的剑麻纤维(SF),通过辊炼、模压成型制备了TLCP/SF/PF混杂复合材料。研究液晶聚合物的种类对TLCP/SF/PF混杂复合材料摩擦磨损性能、硬度、动态力学性能的影响,使用扫描电子显微镜(SEM)观察了混杂复合材料的磨损面形貌,分析了混杂复合材料的摩擦磨损机理。研究结果表明,液晶聚合物聚对苯二甲酰-双(对羟基苯甲酸)癸二醇酯(PHDT)使TLCP/SF/PF的体积磨损率降低了15%,Tg提高了10℃。TLCP与剑麻纤维协同改善了混杂复合材料的摩擦性能,为制备无石棉摩擦材料提供理论参考。     

剑麻纤维/纳米酚醛树脂复合材料的动态力学性能和热性能

分别采用碱、硅烷偶联剂(KH-550)对剑麻纤维(SF)进行表面处理,选用无机纳米SiO2改性的酚醛树脂(PF)作为基体树脂,通过模压成型工艺制备剑麻纤维/纳米酚醛树脂复合材料。分别采用动态力学分析(DMA)、热重分析(TG)研究纳米SiO2的加入及剑麻纤维处理方式对SF/PF复合材料动态力学、蠕变、应力松弛性和热性能的影响。结果表明,与未添加纳米SiO2的SF/PF复合材料相比,SF/纳米PF复合材料的储能模量达到4783MPa,提高了46.8%;与未改性SF/纳米PF复合材料相比,经过碱处理的SF/纳米PF复合材料玻璃化转变温度(Tg)达到261℃,提高了14℃;热失重研究结果表明,纳米SiO2的加入及剑麻纤维改性均能显著提高SF/PF复合材料的热分解温度。     

剑麻纤维/酚醛树脂复合材料的动态力学性能、力学性能和热性能

采用碱处理方法对剑麻纤维(SF)进行处理、细化,通过模压成型制备剑麻纤维/酚醛树脂(SF/PF)复合材料.采用动态力学(DMA)、力学性能、热膨胀性能等测定研究了剑麻纤维的加入量对复合材料的动态力学性能、冲击强度、弯曲强度、弯曲模量、比强度、比模量、耐磨性能、热膨胀性能的影响,用扫描电镜(SEM)观察了材料冲击断面和磨损面的形态.结果表明,制得的SF/PF复合材料的α转变温度提高,贮存模量提高,材料的力学性能和耐磨性得到显著改善,加入SF的复合材料的冲击断裂面出现明显的纤维拔出形态,材料的磨损面呈现粘着磨损特征形态.     

剑麻纤维/酚醛树脂原位复合材料耐磨性能研究

为了探讨剑麻纤维对复合材料耐磨性能的影响,采用聚合填充工艺,通过模压成型方式制成剑麻纤维/酚醛树脂(SF/PF)原位复合材料.考察了SF的表面处理方式、用量、长度以及同玻璃纤维(GF)混杂增强与复合材料耐磨性能的关系;用扫描电镜(SEM)对材料磨损的表面形态结构进行了研究.结果表明,SF的用量和长度对材料的耐磨性能有一定影响,合适的用量和长度是得到高耐磨性能复合材料的必要条件,GF与SF混杂后材料的耐磨损性能随着SF用量的增加而增加;SEM揭示了复合材料相应的磨损机理.SF表面处理后复合材料的耐磨性能得到了显著提高.     

层层自组装改性剑麻纤维填充聚丙烯复合材料性能研究

采用氨基功能化纳米二氧化硅(RNS-A)和聚磷酸铵(APP),利用层层自组装(LBL)法对剑麻纤维(SF)进行表面改性(mSF),并通过熔融共混法制备了剑麻纤维填充的聚丙烯(PP)复合材料.利用锥形量热仪(Cone)研究了复合材料的燃烧行为,通过热分析(TG/DTG)研究了复合材料的热稳定性,通过扫描电镜(SEM)观察了复合材料残炭的形貌,利用万能力学测试仪考察了复合材料的力学性能,采用旋转流变仪考察了改性前后剑麻纤维对复合材料流变行为的影响.研究结果表明:与PP/SF体系相比,PP/mSF复合材料的热释放速率峰值(PHRR)降低至324.9 MJ/m2,下降了28.4％;残炭率提高至7.1％,增加了54.3％,并且燃烧后形成的炭层结构较为完整,但体系的拉伸强度有一定程度的下降.与纯PP相比,PP/SF和PP/mSF复合材料均表现出较高的动态模量和复数黏度.     

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。     

纤维增强聚合物基复合材料的低温性能

对纤维增强聚合物基复合材料在低温领域的实际应用进行了分类介绍,通过对纤维增强聚合物基复合材料的低温性能、性能影响因素和作用机理、低温应用安全性等方面的研究工作进行总结,突出各类纤维增强聚合物基复合材料低温下的性能优势,阐明了材料性能的不足之处及相应改进措施.对于实际低温应用中纤维增强聚合物基复合材料的选择、性能设计优化,系统安全性的增强提供了参考作用.     

MWCNTs表面改性剑麻纤维及其环氧树脂基复合材料传感器的制备及性能

通过引入多功能化纳米颗粒从而赋予天然纤维增强高分子复合材料多功能性,使其具有传感性能,可原位感应外界环境变化。但制备多功能纳米复合材料通常需预先将纳米颗粒均匀分散在基体中,造成基体粘度大,难以工程化应用,同时需使用较大添加量才能达到渗透阈值。采用"染布法"以多壁碳纳米管(MWCNTs)悬浮液为"染料"对剑麻纤维(SF)表面进行改性,制备了多功能的剑麻纤维(MWCNTs-SF)及其环氧树脂基复合材料(MWCNTs-SF/EP)传感器。改性后剑麻纤维表面形成了一层连续的MWCNTs涂层。MWCNTs-SF的伏安特性曲线显示MWCNTs-MWCNTs和MWCNTs-电极之间形成了欧姆接触。MWCNTs-SF及MWCNTs-SF/EP均为负温度系数热敏电阻。在外界应力-应变的作用下,MWCNTs-SF及MWCNTs-SF/EP的电阻起初没有明显的变化,然后随应变线性增加,接着与应变成指数关系。MWCNTs-SF及MWCNTs-SF/EP对温度与应力-应变的响应特性不同是由于复合材料成型过程中的MWCNTs网络结构发生了变化。同时,随着MWCNTs改性次数增加,剑麻纤维布增强环氧树脂基复合材料的拉伸强度逐渐从37.6 MPa增大到46.7 MPa,弹性模量也相应增大。     

超分散剂对SF/PP木塑复合材料结构与性能的影响

以丁二酸酐、聚乙二醇、多乙烯多胺为原料,合成含柔性链段且具有两亲结构的水溶性超分散剂,研究了超分散剂对SF/PP木塑复合材料力学性能、热性能及微观结构的影响,探讨了复合材料的界面增客机理。实验结果表明,当超分散剂的用量为SF的5%(质量分数)时,复合材料的冲击强度达27.4kJ/m~2,弯曲强度达40.1MPa,比未经超分散剂处理的复合材料分别提高了64%和34%,复合材料的结晶度也有所提高。     

Investigating the mechanical properties of sisal/coconut palm hybrid fiber reinforced epoxy composite

In this study, a facile hybridization of sisal/coconut palm reinforced epoxy composite, is presented. The fabrication method involved the use of hand lay-up techniques. The results of the fabricated composites were investigated by using the universal testing machine, hardness testing machine, scanning electron microscope, and an impact testing machine. In order to obtain optimize results for the tensile, flexural, and impact strengths of the fabricated samples, the fabrication procedures involved varying the volume fractions of sisal and coconut palm hybrid with different compositions. The maximum tensile, flexural, and impact strengths measured for the fabricated fiber/polymer composite, are: 45 MPa, 90 MPa, and 38.9 kJ/m². The scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive x-ray spectrometry (EDS) of the composites showed that the composites with equal volume fractions of sisal and coconut palm fiber exhibited better performance and better mechanical properties. Furthermore, the improved mechanical properties such as hardness, tensile strength, flexural strength and impact strength were obtained with fibers of longer length. By considering the excellent mechanical properties of the fabricated composite, it is envisaged that the composite be suitable for the manufacturing of helmet, automobile and train coach interiors.     

剑麻/聚丙烯复合材料的冲击性能及其预测

采用注塑工艺制备剑麻纤维增强聚丙烯复合材料,研究纤维含量、长度及其分布、不同基体树脂和相容剂类型等对复合材料冲击性能的影响。分析单纤维强度的分散性,采用修正的Weibull分布模型估算临界纤维强度,并对复合材料的冲击强度进行预测。结果表明：剑麻/聚丙烯的冲击强度随纤维含量增加而升高,树脂基体的性质对冲击强度具有显著的作用;界面层为刚性层的相容剂MAPP对冲击强度具有负作用,而界面层为柔性层的相容剂PP-g-GMA对冲击强度具有提高作用;同等含量下,使用PP-g-GMA后复合材料的冲击强度比使用MAPP提高21.7%。通过KH550硅烷溶液处理后的纤维与PP-g-GMA反应,在界面处引入更加柔性的界面层,使冲击强度比引入MAPP提高50.7%。将纤维取向因子引入冲击强度模型后,预测值与实测值符合较好。     

车用天然纤维增强复合材料吸声和热性能研究

以剑麻、苎麻和红麻三种天然纤维增强热固性基体复合材料为研究对象,通过树脂传递模塑(RTM)法和热压成型法制备复合材料,利用吸声测试系统测试了各材料的吸声系数,并依据准稳态法用自制导热系数测量装置测量了各材料的导热系数,进而对比分析了各材料吸声性能与热性能的差异。结果表明,天然纤维增强复合材料和结构的吸声性能及热性能优越,可有效地提高汽车的舒适性,具有较好的应用前景。     

水环境下剑麻纤维/玻璃纤维/聚丙烯复合材料的性能研究

以聚丙烯树脂(PP)为基体,剑麻纤维(SF)、玻璃纤维(GF)为增强材料。采用熔融共混、模压成型工艺制备PP/SF/GF复合材料。室温条件下,将试样在水中浸泡不同时间,分析其吸水率及性能的变化。结果表明,复合材料的吸水率均随浸泡时间的延长和SF/GF含量的增加而逐渐增加,其冲击强度和弯曲强度均随浸泡时间和SF/GF含量的增加呈下降趋势。同时,复合材料的热稳定性、PP相的结晶速率及结晶度也有所降低。     

剑麻纤维/硅灰石混杂增强摩擦制动材料的性能

选用纳米粒子改性酚醛树脂为基体,以剑麻纤维和硅灰石混杂为增强纤维,制备了无石棉复合摩擦材料。采用D-MS定速摩擦机对样品进行定速试验,利用扫描电镜对磨损表面进行分析,研究了剑麻纤维/硅灰石不同配比对摩擦材料性能的影响。结果表明,当剑麻纤维和硅灰石的配比为1∶2时,该摩擦材料的力学性能较好,摩擦系数稳定在0.40.5之间...     

Mechanical property evaluation of sisal–jute–glass fiber reinforced polyester composites

The composite materials are replacing the traditional materials, because of its superior properties such as high tensile strength, low thermal expansion, high strength to weight ratio. The developments of new materials are on the anvil and are growing day by day. Natural fiber composites such as sisal and jute polymer composites became more attractive due to their high specific strength, lightweight and biodegradability. Mixing of natural fiber with Glass-Fiber Reinforced Polymers (GFRPs) are finding increased applications. In this study, sisal–jute–glass fiber reinforced polyester composites is developed and their mechanical properties such as tensile strength, flexural strength and impact strength are evaluated. The interfacial properties, internal cracks and internal structure of the fractured surfaces are evaluated by using Scanning Electron Microscope (SEM). The results indicated that the incorporation of sisal–jute fiber with GFRP can improve the properties and used as a alternate material for glass fiber reinforced polymer composites.     

The effect of alkaline and silane treatments on mechanical properties and breakage of sisal fibers and poly(lactic acid)/sisal fiber composites

The main goals of this work were to study the effect of different chemical treatments on sisal fiber bundles tensile properties as well as on tensile properties of composites based on poly(lactic acid) (PLA) matrix and sisal fibers. For this purpose, sisal fibers were treated with different chemical treatments. After treating sisal fibers the tensile strength values decreased respect to untreated fiber ones, especially when the combination of NaOH + silane treatment was used. Taking into account fiber tensile properties and fiber/PLA adhesion values, composites based on silane treated fibers would show the highest tensile strength value. However, composites based on alkali treated and NaOH + silane treated fibers showed the highest tensile strength values. Finally, experimental tensile strength values of composites were compared with those values obtained using micromechanical models.