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随着环境意识和可持续发展意识的增强,天然植物纤维以其质轻、价廉、易得和环境协调性优异等特点而逐渐引起人们的关注,麻纤维在我国资源丰富,在麻纤维中苎麻纤维比强度接近玻璃纤维,拉伸模量高,与玻璃纤维相当,苎麻并不利于纺织服用,而作为复合材料增强体却非常合适。但是苎麻为极性短纤维,加之其纤维结构的不均匀性与性能的分散性和与非极性树脂或弱极性树脂基体相容性差,其增强效果较差,复合材料力学性能偏低,苎麻纤维复合材料产品生产成品率也低,苎麻纤维多以短纤维或填充物形式出现在复合材料中,很难涉足高新材料领域。因此本文选用苎麻纤维作为研究对象,进行接枝改性和连续化处理,挖掘天然纤维的优势,提高苎麻纤维增强复合材料的力学性能。
本论文首次探索了苎麻原麻、苎麻精干麻和苎麻纱线和极性分子2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)接枝改性。通过正交实验优化了接枝工艺参数,制备出各种苎麻增强纤维与树脂PE的复合材料,同时利用DSC(差热分析)、SEM(扫描电镜)、电子万能拉伸试验机等分析测试手段对纤维和复合材料结构和力学性能进行了测试分析。实验结果如下:
苎麻原麻接枝工艺正交实验最优参数为:超声波条件下,以浓硫酸为催化剂,15wt%NaOH碱处理,反应温度50℃,反应时间8h,浴比1:30,TDI与麻纤维用量比为0.5:1的条件下,接枝率可达23.35%;苎麻精干麻接枝工艺正交实验最优参数为:超声波条件下,在以浓硫酸为催化剂,反应温度50℃,反应时间10h,15wt%NaOH碱处理,浴比1:30,TDI与麻纤维用量比为2:1的条件下,接枝率可达44.74%;苎麻纱线接枝工艺正交实验最优参数为:超声波条件下,以浓硫酸为催化剂,反应温度50℃,反应时间10h,15wt%NaOH碱处理,浴比1:30,17DI与麻纤维用量比为1:1的条件下,接枝率可达39.58%。确定了复合材料最佳热压成型工艺参数为:模具温度分级加至126℃,压力保持1.5MPa。复合材料拉伸性能表明:苎麻纤维没有经过任何处理时,苎麻原麻/PE复合材料强度最高,苎麻绳/PE复合材料比纱线/PE复合材料强度稍低,苎麻布/PE复合材料强度最低。同时,经过处理后的苎麻纤维复合材料除苎麻布外,其强度因苎麻纤维处理有明显的下降。经碱处理和接枝后复合材料界面性能明显改善,但拉伸性能却有所下降,这有待于进一步的研究。