植物纤维表面处理对纤维

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1、植物纤维表面处理对纤维/环氧复合材料性能的影响学生：王静怡指导教师：周松专业：高分子材料与工程1研究的目的与意义环氧树脂具有粘接力强、工艺性好、适应性强等优点，应用广泛。环氧树脂固化后存在内应力大、质脆、耐疲劳性与耐冲击性差等不足，很大程度上限制了它进一步推广应用。采用天然植物纤维与纳米材料对环氧树脂进行填充改性，可以改善环氧树脂脆性大、冲击强度低的缺点，使用植物纤维还可降低成本、节约能源，前景广阔。目前，用纤维增韧热固性树脂的研究多数只是考虑了纤维粒径与含量对材料性能的影响。结合其它增韧方法，本实验提出以下构想，使纤维起到更好的增韧与增强效果。2本研究的总体构想优化环氧树脂固

2、化成型工艺，改进其加工性能。通过碱处理、热处理、处理剂等改善纤维性能，提高与环氧树脂间的结合能力，获得性能优良的改性纤维/环氧树脂环境友好材料。进一步采用无机纳米粒子改善体系的力学行为，扩大环氧树脂的应用领域，制备一种原料廉价且环保的材料。3预期成果确定环氧树脂固化剂用量、固化温度和增塑剂用量，优化环氧树脂成型工艺。优化纤维表面处理方法和工艺。优化植物纤维和纳米SiO2的用量，制备出力学性能较好的纤维/环氧树脂复合材料。4样品制备竹纤维表面处理烘干环氧树脂增塑剂固化剂混合浇铸模具中固化性能测试5.1纤维含水率与烘干时间的关系竹粉重量随烘干时间的增加不断减小，图线的趋势越来越平。

3、80℃温度下干燥7小时,所含水分被清除。图3-1竹纤维的质量与烘干时间的关系5.2环氧树脂固化工艺的确定固化剂量(wt%)2h3h4h5h6h10h10h以上152H202BHB3H3H252BHB3H3H3H302BH2H3H3H3H35HB2H3H3H3H3H1固化剂用量随固化剂加入量增多，固化速度加快。表3-1固化剂用量对固化速度的影响固化温度（℃）10min20min30min40min1h2h4h5h6h室温222BHBH2H3H402BH2H3H502BHB2H3H3H2固化温度温度升高，固化速度加快，但是当温度过高，在50℃以上时，固化时间过短，材料出现大量气泡，

4、影响性能。表3-2固化温度对固化速度的影响5.3增塑剂对环氧树脂性能影响1拉伸性能增塑剂的极性基团与聚合物分子的极性基团相互作用，代替了聚合物极性分子间的作用（减少了联结点），从而削弱了分子间的作用力，起到增塑作用。图3-2增塑剂用量对拉伸强度的影响图3-3增塑剂用量对断裂伸长率的影响2抗冲性能随着增塑剂加入量的增加，材料的抗冲性能增加。图3-4增塑剂用量对抗冲击性能的影响纤维形态长径比大、比强度高，连续纤维在基体中线形排列，起到增强作用。纤维含量太高，纤维素中的羟基容易形成分子内及分子间氢键，植物纤维在体系中分散不均出现凝聚，破坏基体的性能，导致材料的拉伸性能变差。图3-5纤

5、维含量对拉伸强度的影响图3-6纤维含量对断裂伸长率的影响1拉伸性能5.4纤维含量对材料性能的影响2冲击性能纤维的韧性大于环氧树脂，纤维/树脂复合材料的抗冲强度随纤维含量增加而提高。图3-7纤维含量对抗冲强度的影响3硬度试样的硬度随着竹纤维含量的增加而下降。图3-8纤维含量对硬度的影响5.5纤维含水率对材料性能影响1拉伸性能图3-9材料拉伸强度与纤维烘干时间的关系图3-10材料断裂伸长率与纤维烘干时间的关系纤维含水率过高和过低均使增强和增韧效果变差。2抗冲强度抗冲强度与硬度均先升高再降低。图3-11材料抗冲强度与纤维烘干时间的关系图3-12材料的硬度与纤维烘干时间的关系3硬度5.

6、6处理剂对复合材料性能影响处理剂种类拉伸强度（MPa）断裂伸长率冲击强度（KJ/m2）硬度(HA)未加偶联剂9.6716.16%3.887硅烷偶联剂7.5918.21%2.794硬脂酸5.6010.48%5.889钛酸酯偶联剂4.5813.06%3.988表3-3偶联剂对材料性能的影响硅烷偶联剂与钛酸酯偶联剂对强度影响不大。硬脂酸能提高抗冲强度。能使填料在聚合物中均匀分散。改善填料表面与聚合物相容性和润湿性。5.7碱处理对复合材料性能影响拉伸强度（MPa）断裂伸长率抗冲强度（kJ/m2）硬度（HA）3.0123.68%3.293表3-4水浸泡处理的纤维复合材料的各项性能对比配方

7、：用清水浸泡纤维1拉伸性能碱处理纤维去除纤维中的非增强成分半纤维素、果胶等，使纤维溶胀蓬松更易均匀，拉伸强度提高。碱处理时间延长,纤维水解量及无机盐溶出量增加,纤维中微孔数目增多,向纵深发展，断裂伸长率降低。图3-13碱液浸泡时间对拉伸强度的影响图3-14碱液浸泡时间对断裂伸长率的影响2抗冲性能3硬度图3-15碱液浸泡时间对抗冲强度的影响图3-16碱液浸泡时间对硬度的影响1碱处理后,界面结合强度高。2碱处理纤维溶胀性提高，中间孔腔增大,有利于吸收能量,增加冲击强度。硬度降低5.8纳米SiO2