全纤维素复合材料的制备和研究

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复合材料的使用也已经在人类社会生活中扮演者越来越重要的角色,从人们的日常生活用具到登月飞船,到处都有各种各样的复合材料在发挥着不可替代的作用。但是,目前所使用的复合材料大多为各种纤维增强树脂,最主要为玻璃纤维增强环氧树脂、玻璃纤维增强不饱和树脂等等。这些材料都面临着一个最主要的问题就是无法在使用废弃之后回收利用或者降解,从而对环境带来巨大的压力。 纤维素是地球上最丰富的天然高分子材料之一,由于其主要来源于植物、藻类等生物肌体,因此也是一种取之不尽用之不竭的完全可再生资源。同时,纤维素也是自然界给予我们的一种无害、环保的礼物。在自然环境下,很快就能够完全降解变成土壤的肥料而不留下任何痕迹。在历史上,人们对纤维素开展的研究也伴随着人类自身的发展而不断发展着。纤维素研究为高分子科学的创立和发展做出了重要的贡献。虽然随着是由工业的兴起,对纤维素的研究曾经一度落入低谷,但是随着环保意识的增强和石油危机的加剧,纤维素又重新成为人们的研究热点。 全纤维素复合材料的结合了纤维素和复合材料的优点,全纤维素复合材料不仅能够提供优异的机械性能,更是一种环境友好的可以完全再生的材料。已经显示出了光明的前景和顽强的生命力,可以替代部分玻璃纤维增强复合材料使用于汽车、日用品等各个方面本文的主要内容和研究结果如下: 1、采用不同浓度的苎麻纤维溶液为基体,制备了高纤维含量的苎麻纤维自增强复合材料,比较基体浓度对复合材料的机械性能的影响。发现用于制各纤维素复合材料的最佳纤维素溶液的浓度为4%,此时得到的全纤维素复合材料的拉伸强度达到440MPa,模量为20GPa,超过了通常的玻璃纤维增强聚合物复合材料。 2、采用部分溶解纤维的方法制备了全纤维素复合材料,研究了苎麻纤维的溶解性能,并比较不同溶解时间制备的复合材料的机械性能差异,发现采用部分溶解纤维的方法,最佳的溶解时间为3-4小时,得到的复合材料的拉伸强度达到340MPa,模量17GPa。 3、将得到的全苎麻纤维复合材料用9%氢氧化钠溶液进行丝光化处理,得到乳白色半透明的丝光化苎麻纤维复合材料。研究发现,丝光化处理能够大幅增强复合材料的拉伸性能,和未经丝光化处理的材料相比,拉伸强度增强约30%,采用4%纤维素溶液制备的丝光化纤维素复合材料,拉伸强度达到540MPa,模量为15GPa,断裂伸长率也有所增加。 4、对几种苎麻纤维素复合材料进行了拉曼光谱分析,利用拉曼光谱表征复合材料中苎麻纤维的取向情况,证实了在各种制备复合材料的过程中,纤维的高度取向性仍然保持,并没有被破坏,这也是复合材料具有良好性能的基础。
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