洋麻纤维的表面改性及其在聚丙烯基复合材料中的应用

采用碱处理、偶联剂处理以及碱–偶联剂复合处理对洋麻纤维进行表面改性,然后将其与聚丙烯(PP)纤维复合,采用非织造–模压工艺制备了PP/洋麻纤维复合材料。研究了上述3种表面改性方法对洋麻纤维强度及其复合材料弯曲与剪切性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)研究了洋麻纤维表面改性前后的形貌变化及其与PP基体之间的界面结合状况。结果表明,表面改性后洋麻纤维的拉伸强度均降低,但复合材料的弯曲强度及层间剪切强度均提高,表明这3种改性方法均提高了洋麻纤维与PP之间的界面结合强度;碱处理可去除纤维表面的果胶成分,使纤维束变得松散,使复合材料的弯曲强度及层间剪切强度分别较未表面改性时提高了21%和169%,但弯曲弹性模量降低了21%;偶联剂处理则使复合材料的弯曲强度,弯曲弹性模量和层间剪切强度较未表面改性时提高了23%,7%和160%;碱–偶联剂复合处理兼顾了碱处理和偶联剂处理的优点,使复合材料弯曲强度、弯曲弹性模量和层间剪切强度分别较未表面改性时提高了26%,18%和572%,综合性能最佳。SEM结果表明,碱–偶联剂复合处理后,复合材料中纤维与树脂之间的界面结合较好。     

竹纤维的表面能分析及其增强PP复合材料的力学性能

通过先碱处理再偶联剂处理的方法对竹纤维进行表面改性,采用非织造-模压工艺制备了竹纤维增强聚丙烯(PP)复合材料。根据Owens-Wendt法分别计算了碱处理和在此基础上偶联剂处理的竹纤维的表面能以及极性分量和非极性分量,研究了碱处理中Na OH溶液浓度及偶联剂处理中硅烷偶联剂溶液浓度对竹纤维表面能的影响,并探索了竹纤维的表面能与复合材料力学性能的关系。结果表明,随着Na OH溶液浓度增大,竹纤维表面能呈增大趋势,拉伸强度呈降低趋势;碱处理的竹纤维增强PP复合材料的力学性能受竹纤维表面能和本身强度的综合影响,当Na OH溶液浓度为5%时,复合材料的综合力学性能最优。在Na OH溶液浓度为5%的碱处理基础上进行偶联剂处理可大幅提高竹纤维的非极性分量,随着硅烷偶联剂溶液浓度的增加,竹纤维的表面能降低;复合材料的力学性能与偶联剂处理后竹纤维表面能的变化没有对应关系,当偶联剂溶液浓度为3%时,复合材料的力学性能最优。     

改性竹纤维增强聚丙烯复合材料的性能研究

以聚丙烯为基体材料,不同处理工艺改性的竹纤维为增强材料,采用密炼-注塑工艺制备聚丙烯/竹纤维复合材料。通过红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TGA)、万能试验机等对复合材料的化学结构、表面形态、热性能、力学性能等进行表征和测试。结果表明:偶联剂与碱处理均可改变竹纤维的表面特性,改善复合材料的界面相容性,其力学性能、热性能均随处理工艺有所改善。当偶联剂KH-550含量为2%时,复合材料有较好的力学性能,其断裂伸长率为14.5%,拉伸强度为30.48 MPa,冲击强度为22.4 kJ/m2。     

改性方法对竹束纤维及其增强环氧树脂复合材料性能的影响

竹青束纤维(BGF)、竹肉束纤维(BMF)分别取自于竹材的竹青或竹肉部位,其微观结构及力学性能等有所差异,但业界关注甚少。为研究改性方法对两种纤维束性能及其增强树脂复合材料性能的影响,使用碱、碱/γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性处理竹纤维(BGF、BMF)为增强体,制备竹纤维/环氧树脂(BF/EP)复合材料,并通过红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、接触角、力学性能和扫描电镜(SEM)对竹纤维及复合材料的性能进行表征。结果表明,碱(NaOH溶液)处理时,BGF的拉伸强度在5%NaOH溶液处理时最高,提高了28.2%,BMF在1%NaOH溶液处理时达到最大,提高了30.1%;碱/KH550处理时,BGF、BMF的拉伸强度降低;BF/EP复合材料断面微观形貌表明碱、碱/KH550处理的界面性能提升,且其力学性能相比未改性的显著增强,其中碱处理的BGF/EP、BMF/EP复合材料拉伸强度分别提高了27.8%、15.9%,碱/KH550处理的则分别提高38.0%、21.2%;碱处理后BF/EP复合材料弯曲强度提升较大,改性BGF/EP、BMF/EP较未处理的分别提高14.4%、...     

苎麻纤维增强聚丙烯复合材料的性能研究

用偶联剂对苎麻纤维进行改性处理,研究了偶联剂处理浓度及苎麻用量对聚丙烯/苎麻增强复合材料力学性能的影响。结果表明:随着苎麻纤维用量的增加,复合材料的拉伸强度和弯曲强度都随之提高,其中经偶联剂处理复合材料的力学性能提高幅度较大;偶联剂处理浓度为1%时,材料的拉伸强度最高。SEM观察发现:未经处理的苎麻纤维表面较光滑,而经偶联剂处理的苎麻纤维表面较粗糙,并黏附了聚丙烯基体,说明偶联剂的添加改善了复合体系的界面相容性,界面结合力提高。     

碳纤维/聚三唑树脂复合材料的湿热老化行为

本文研究了碳纤维/聚三唑树脂复合材料(T700/PTA)在80℃、相对湿度98%条件下的湿热老化行为。分别采用静态力学性能测试、吸湿称重、动态热机械分析、扫描电子显微镜观察等手段考察了复合材料在湿热条件下的力学性能变化、吸湿特性和形貌变化;利用半经验数学模型对复合材料进行强度拟合和寿命预测。结果表明,复合材料的弯曲强度、层间剪切强度受湿热影响显著,尤其在老化初期;复合材料吸湿第一阶段符合Fick扩散定律,扩散系数D=1.129×10-6mm2/s;吸湿后试样的动态热机械分析谱图上出现两个转变,干燥后次级转变消失;湿热老化后,纤维与树脂基体之间的界面作用减弱;利用数学模型预测复合材料弯曲强度保留率为50%时的老化寿命为33600h,T700/PTA复合材料具有优良的耐湿热老化性能。     

玻璃纤维布/苎麻纤维布混杂增强不饱和聚酯树脂的研究

采用玻璃纤维布与苎麻纤维布混杂增强不饱和聚酯(UP)树脂制备复合材料,研究玻纤布与苎麻布的相对比例及偶联剂处理对复合材料力学性能的影响,研究了不同复合材料的吸水性并与玻璃纤维复合材料和苎麻纤维复合材料二者进行了比较。结果表明,混杂纤维增强复合材料的拉伸强度、拉伸模量随混杂纤维中苎麻布含量的增加而下降,弯曲强度及弯曲模量在混杂纤维中苎麻布与玻纤布的比例为10∶20和15∶15时分别达到最大值188.09 MPa和1.56 GPa;所有偶联剂处理均可明显改善复合材料的拉伸模量及弯曲模量,硅烷类偶联剂的效果更佳,NDZ401可使复合材料的拉伸强度得到最大幅度(37.66%)的提高,而KH570及NDZ401对改善弯曲强度效果最佳;复合材料吸水后,厚度变化率大于宽度变化率,温度升高,复合材料吸水后尺寸变化率及吸水率均增大,混杂纤维复合材料的吸水率与玻纤布复合材料的吸水率相近,远低于苎麻布复合材料的吸水率。     

不饱和聚酯树脂／大麻纤维复合材料紫外老化性能的研究

采用模压工艺制备不饱和聚酯树脂/大麻纤维复合材料,研究紫外线光老化试验对此种复合材料及氨水处理复合材料力学性能的影响,利用红外光谱(FTIR)技术研究老化前后复合材料结构的变化.研究结果表明,氨水处理大麻纤维可以改善复合材料的拉伸性能以及拉伸模量.未处理及氨水处理的复合材料,在试验一个周期后,两种复合材料的拉伸强度较老化前分别提高了10.8%和19.1%,未处理的复合材料的弯曲强度在两个试验周期时达到最大值.氨水处理的复合材料,在试验的第一周期时,拉伸模量下降最快,进一步老化之后,下降幅度明显减缓.氨水处理的复合材料的拉伸模量在第三个试验周期结束时,弯曲模量和冲击强度比未老化前分别上升6.3%和25.3%.FTIR显示,老化后,两种复合材料的吸收峰强度减弱,但氨水处理的复合材料吸收峰强度比未处理的强.     

不饱和聚酯树脂／大麻纤维复合材料的热氧老化

采用模压工艺制备不饱和聚酯(UP)树脂/大麻纤维复合材料,研究了105℃下热氧老化600h前后复合材料力学性能的变化;采用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)对老化前后复合材料的结构进行对比分析,并通过SEM技术观察复合材料的断面形貌.结果表明,偶联剂KH570处理对复合材料力学性能的总体改善效果最佳.老化600h后,偶联剂处理复合材料具有的最佳力学性能如拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量及冲击强度分别为19.06MPa、5.78GPa、52.988MPa、1.01GPa和3.881kJ/m2.红外分析显示,偶联剂处理得到的复合材料在老化前后的红外图形变化不明显,有些吸收峰甚至得到了加强.SEM结果表明,老化600h后,偶联剂处理的复合材料中纤维仍能较均匀地分散在树脂基体中,两者间的界面粘结良好.     

竹纤维/玻璃纤维混杂增强聚丙烯复合材料

对竹纤维(BF)进行前处理,通过双螺杆挤出机制备竹纤维和玻璃纤维(GF)混杂增强聚丙烯(PP)复合材料。初步探讨经前处理的竹纤维、玻璃纤维的含量对复合材料的力学性能和微观结构的影响。结果表明:复合材料的冲击强度、弯曲强度、拉伸强度、弯曲模量随着玻璃纤维的含量增加而提高,同时PP的结晶速率及结晶度也有所提高。SEM照片表明玻璃纤维的加入改善了竹纤维在PP的分散性。     

苎麻/玻璃纤维混杂复合材料的老化研究及寿命预测

采用玻璃纤维布与苎麻纤维布混杂增强乙烯基树脂制备复合材料,结合船舶在服役环境下的实际情况,通过人工加速老化的方法,对苎麻纤维/玻璃纤维混杂复合材料进行水浸泡老化、盐雾老化和紫外老化实验,研究混杂复合材料的拉伸强度及弯曲强度等随老化时间、老化温度等的变化情况及性能退化趋势,并根据剩余强度模型对混杂复合材料进行寿命预测。研究表明,老化初期阶段试样吸湿趋势主要以浓度梯度推动的菲克扩散为主。老化环境不同,试样强度的衰减程度不同,水浸泡老化对试样影响最大,盐雾老化次之,紫外老化影响相对较少。根据剩余强度模型预测10年后盐雾试样弯曲强度保留率为78.0%,紫外老化弯曲试样强度保留率为81.89%。     

竹纤维增强PP复合材料的研究

介绍了竹纤维增强聚丙烯(PP)复合材料的性能,初步探讨了竹纤维的处理、未处理以及纤维含量对增强PP的力学性能的影响因素。实验证明:与PP材料相比,添加竹纤维可使复合材料的力学性能有不同程度的改善,特别是对复合材料的冲击强度、拉伸强度及断裂伸长率影响较明显。     

共混工艺对长竹纤维/聚丙烯共混材料力学性能的影响

竹纤维具有较高的拉伸强度和模量,应用于增强高分子材料的强度,与塑料共混可以作为一种新型的绿色环保型复合材料,具有广泛的应用前景。研究了竹纤维与PP的共混工艺,分析了偶联剂对竹纤维预处理、纤维的比例以及注塑温度对竹纤维/PP共混材料的物理和力学性能的影响,结果表明:采用马来酸酐类偶联剂处理纤维,可有效提高竹纤维/PP共混材料的力学性能,同时当纤维比例为10%时,纤维/PP共混材料的弯曲性能较佳,而纤维比例为30%时,其拉伸强度最大,纤维/PP共混材料注塑最佳温度为210℃。     

界面改性对椰壳增强聚丙烯复合材料性能的影响

分别采用不同浓度碱溶液、偶联剂及其联合方式对椰壳纤维表面进行处理,利用模压成型技术制备椰壳聚丙烯复合材料,讨论界面改性对椰壳纤维表面及其复合材料力学性能的影响。结果表明,碱加偶联剂联合改性最有利于复合材料力学性能的改善,且在碱处理浓度相同的情况下,复合材料的拉伸强度随偶联剂浓度的增加而增大;偶联剂改性对复合材料力学性能的影响优于碱处理对复合材料力学性能的影响,且偶联剂改性对复合材料弯曲强度影响较大,复合材料的力学性能随偶联剂浓度的增加而增大。     

生物可降解山麻杆韧皮纤维增强PBS复合材料的性能研究

以山麻杆韧皮纤维为增强体,其与PBS颗粒按质量比20∶80模压成型制备了4种板材,探讨了表面处理对纤维微观结构与物理性能的影响,分析比较了板材力学性能及生物降解性。结果表明, 采用物理化学相结合方法预处理后,表面依然存留一定量的果胶等物质;预处理纤维进一步碱处理后表面出现“S”形凹槽,预处理纤维进一步偶联剂处理后表面凹槽连续性好、深度深;碱处理、偶联剂处理后纤维拉伸强度分别提高5.08 %和降低3.58 %;相比纯PBS,偶联剂处理后纤维复合材料拉伸强度与弯曲强度各提高48.32 %和25.97 %,拉伸模量与弯曲模量各提高146.45 %和128.30 %;3种纤维复合材料生物可降解性变化趋势一致,但偶联剂处理后的材料失重率变化幅度最小。     

椰壳纤维/PBS可降解复合材料的研究

采用碱溶液和偶联剂对椰壳纤维进行表面处理,用转矩流变仪的密炼装置,制备未进行表面处理的不同纤维含量的椰壳纤维/PBS(聚丁二酸丁二醇酯)复合材料和经表面处理的不同纤维含量的椰壳纤维/PBS复合材料。重点研究了椰壳纤维和偶联剂含量对复合材料力学性能的影响。结果表明,椰壳纤维含量和偶联剂含量对复合材料的力学性能影响最大。当椰壳纤维含量为45%时,复合材料的力学性能最好,其拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别为38.59 MPa、52.43 MPa、10.45 k J/m2;偶联剂含量对冲击强度影响不大,但氢氧化钠浓度对冲击强度有一定影响。随着椰壳纤维含量的增加,材料的力学性能相应提高;偶联剂含量增加,纤维-树脂的界面黏结性能提高,材料的力学性能随之提高。扫描电子显微镜(SEM)图片显示,碱处理和偶联剂很好地改善了纤维-树脂的界面黏结性能。     

聚酰亚胺纤维增强环氧树脂结构透波复合材料的性能研究及机制分析

选择聚酰亚胺纤维和环氧树脂,采用热熔法制备出了聚酰亚胺/环氧结构透波复合材料。通过傅里叶变换红外光谱、吸湿率、力学性能、介电性能、湿热老化性能以及扫描电子显微镜等表征手段,研究了聚酰亚胺/环氧结构透波复合材料的结构透波性能和耐湿热环境性能。研究结果表明：聚酰亚胺纤维中刚性共轭结构赋予了聚酰亚胺纤维复合材料良好的透波性能和耐湿热性能,但是与石英纤维增强环氧树脂复合材料相比,聚酰亚胺纤维增强环氧树脂结构透波复合材料仍存在着压缩强度、弯曲强度与层间剪切强度低、吸湿率高的问题;力学性能破坏模式分析结果显示,聚酰亚胺纤维同时存在有机纤维的吸湿、压缩强度低、纤维/树脂界面结合差的问题。     

聚丙烯/竹纤维复合材料的制备及力学和抗老化性能研究

利用不同质量分数的NaOH溶液碱化处理竹纤维(BF),制备聚丙烯/竹纤维(PP/BF)复合材料,通过FTIR、SEM对碱处理前后的BF进行表征。结果表明:10%的NaOH溶液对BF碱化,使PP/BF复合材料的力学性能最佳,但碱浓度过大时,PP/BF的耐摩擦性能、拉伸强度和弯曲强度降低。通过计算BF的表面自由能,得出碱化BF表面自由能更高,对复合材料的增强效果更加明显。SEM分析可知:BF的碱化处理会降低其表面的粗糙度,减少力学缺陷;当NaOH浓度过高,会破坏BF结构,降低复合材料的力学性能;碱化处理的BF提升复合材料的抗老化性能。结果显示,使用10%NaOH溶液碱化处理的BF对复合材料的性能增强效果最好。     

聚丙烯/竹纤维复合材料水热老化研究

竹纤维(BF)经碱处理或偶联剂处理后,将其与聚丙烯(PP)共混得到PP/BF复合材料。对该复合材料进行水热老化研究,重点考察了BF粒径、含量及改性处理对水热老化试样力学性能的影响,并且通过红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TGA)等对水热老化后复合材料的化学结构、表面形态、热稳定性等进行了表征和测试。结果表明:随着老化时间的延长,PP/BF复合材料的力学性能出现不同程度的下降。当BF粒径为120目、含量为20%、碱处理浓度为7%时,对应的PP/BF老化试样均保持了较高的力学性能。另外,水热老化导致PP/BF复合材料的羰基数目有所增加,吸水率增大,且对复合材料断面形貌造成不同程度的破坏,但对其热稳定性影响不大。     

碳纤维增强双马来酰亚胺树脂复合材料耐湿热性能

采用改性双马来酰亚胺树脂与碳纤维制备了耐热及耐湿热性能优异的复合材料。通过红外光谱分析、不同温度下力学性能测试及动态力学性能测试分析等,考察了该复合材料耐热及耐湿热性能;从吸湿特性、物理、化学特性及热应力等方面分析了湿热处理前、后复合材料高温环境下力学性能衰减机理。结果表明,复合材料吸湿初始阶段符合Fick第二定律,平衡吸湿率为0.97%~1.32%;湿热处理对复合材料基体化学结构和玻璃化转变温度基本无影响;界面处不断增大的热应力削弱界面结合强度,这是高温环境下力学性能下降的关键因素;与国内外同类复合材料相比,该复合材料湿热处理前、后在高温下弯曲性能和层间剪切强度保持率较高,耐热及耐湿热性能出众。