玻璃纤维增强复合材料,由于高强、高模等特点在轨道交通领域具有较大使用量,但存在耗能高、加工过程中对人体危害大、回收困难及污染环境等缺陷。与之相比,麻纤维增强复合材料除有较高比强度和比模量外,还具有能耗低、成本低、可降解和可持续发展性等优势。因此,用麻纤维代替玻璃纤维制备复合材料具有重要的经济和社会效益,但仍有许多问题待研究。本课题以苎麻作为增强体,以不饱和聚酯树脂(Unsaturated polyester resin,UPR)为基体,采用模压成型工艺制备苎麻增强不饱和聚酯树脂复合材料(苎麻/UP),对其性能及性能改善进行了研究和分析。本文通过制备不同铺层角度的苎麻/UP复合材料,研究铺层角度对其力学和吸水性能的影响。结果表明,当苎麻平纹布纬向铺层(90°铺层)时,此时复合材料的力学性能最好,拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量和剪切强度分别为56.52MPa、5.62GPa、81.28MPa、5.31 GPa和7.09MPa。铺层角度的变化对复合材料的吸水性能基本无影响。为改善苎麻与树脂基体之间的界面相容性,本课题对苎麻进行了碱处理、偶联剂处理及其联合处理,主要研究了碱和偶联剂浓度对复合材料性能的影响,结果表明:当碱和偶联剂联合处理时,即先1%碱处理再3%偶联剂处理时,材料的力学性能达到最优。此时拉伸性能变化较小,而弯曲性能和剪切性能变化很大,相比未处理,弯曲强度、弯曲模量和剪切强度分别提高了34.1%、95.5%和23.6%。当碱液浓度为2%时,复合材料吸水率最低,相比未处理降低了 4.83%;当偶联剂浓度3%时,苎麻/UP复合材料的吸水率比未处理的降低了 12.2%。SEM图显示未改性的苎麻/UP断面参差不齐,存在纤维被抽拔出来的现状;而经过碱和偶联剂联合处理后,材料断口较整齐,纤维大多数被拉断,呈现脆性断裂。另外,本文通过HyperWorks模拟分析了苎麻/UP板材的弯曲性能,模拟了试样的破坏过程。结果表明,模拟结果与试验结果相吻合,证明试验测试的正确性。同时对弯曲性能进行优化,当铺设9层时,最大应力为162.6MPa,达到了轨道交通用复合材料的力学性能要求。