黄麻纤维增强聚合物复合材料工艺与性能研究
  • 技术应用
  • 2015-12-26 11:00
  • 来源:中国纺织机械网
  • 作者:[db:作者]
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  •   高性能天然纤维及其复合材料的研究与开发应用,近年来得到了重视。这些都是其受到重视的原因。

      国外对麻纤维复合材料及其制品的研究开发工作开展较早。自60年代起,国外就将黄麻及其织物用来强热塑性和热固性树脂。这种麻复合材料具有成本低、比模量高、耐冲击、耐腐蚀、隔热、耐温、绝缘性好和废旧品可回收再生等优点。

      1.4试样制备工艺1.4.1布复合材料层压板的制备布/酚醛树脂层压板的制备按表4的配比配好酚醛树脂溶液,均匀浸涂于表1中的布上,将布晾干后剪裁,装5层入模热压,固化脱模后裁样。酚醛浓度为667%板状试样胶含量为50%模具尺寸为360mmX压力温度条件简述如下:装模后在90C、2~3MPa下保温30min;然后升温至120恒压下保温2h;再升至170C,5MPa下保温保压2h;自然冷却至室温。

      布/不饱和聚酯树脂层压板的制备按表4的配比配好聚酯树脂溶液,均匀浸涂于表1中己裁好的布片上,装5层入模,在压机自重压力下室温固化后脱模裁样。板状试样胶含量为50%模具尺寸同上,固化时间4h.布/环氧树脂层压板的制备按表4的配比配好环氧树脂溶液,均匀浸涂于表1中的布上,将布晾干后剪裁装模,装5层,热压固化,脱模后裁样。板状试样胶含量为50%模具尺寸同上。压力温度条件简述如下:装模后在90 ~3MPa下保温30min;然后升温至120 q恒压下保温2h;再升5MPa下保压保温2h;自然冷却至室温。

      42纱复合材料单向板的制备按表4的配比配好环氧树脂溶液,用表1中的黄麻有捻纱,先缠无掉布,晾干后剪裁,铺5层入模,热压成型固化后自然冷却脱模裁样。试样含胶量50%.温度压力条件简述如下:从室温升至130 30~45min;然后升至90~100MPa下保持70min;然后自然冷却脱模。

      2结果与讨论1黄麻纤维的强度研究中测试了黄麻纤维的拉伸强度,其结果列于表6中。为了对比,将所用的玻璃纤维的单丝强度测试值也列入。纤维的单丝强度随纤维的直径粗而下降。结果表明,玻璃纤维直径分布很窄,因而单丝强度分布也很窄;黄麻纤维的直径分布较宽,因而测得的单丝强度分布也较苋。黄麻纤维一般不能般为1. 62g/cm3.故考虑比强度,象玻璃纤维那样呈单丝状纤维,其直径难以测准。黄麻纤维作为结构材料具有利用价值,其自然降解黄麻纤维的强度比玻璃纤维要低,但前者的比重一性更具有潜在的使用价值。

      表6黄麻纤居的强度纤维种类项目黄麻纤维直径拉伸强度/MPa拉伸强度与直径的关系61.玻璃纤维拉伸强度/MPa 22黄麻纤维与各类树脂间的浸润性黄麻纤维与各类树脂之间的浸润性,用它们之间的接触角表征,其结果列于表7中。为了对比,将所用的玻璃纤维的测试值也列入。为了与玻璃纤维的实际使用情况相一致,在测试之前,未除去其表面的纺织型浸润剂。

      表7黄麻纤居与各类树脂之间的接触角纤维环氧树脂酚醛树脂不饱和聚酯树脂黄麻纤维玻璃纤维总的说来,与玻璃纤维相比,黄麻纤维与所用三类树脂的浸润性较好。麻纤维主要由纤维素、半纤维素、木质素和果胶等组成。纤维素大分子的重复单元中一个基环含有3个羟基,与以上三类树脂分子中的活性基团之间具有较好的化学相容性。它们之间较好的浸润性为它们之间的工艺复合提供了可能。其浸润性的进一步改善,可以通过降低麻纤维的含水量来实现。

      23黄麻纤维复合材料的性能黄麻纤维复合材料拉伸性能和弯曲性能的测试结果,分别列于表8和表9中。

      表8黄麻纤居复合材料拉伸性能试件种类拉伸强度/MPa拉伸模量/GPa黄麻有捻纤维1/环氧黄麻有捻纤维2/环氧黄麻有捻纤维3/环氧黄麻布1/不饱和聚酯黄麻布2/不饱和聚酯黄麻布3/不饱和聚酯黄麻布1/环氧黄麻布2/环氧黄麻布3/环氧黄麻布2/酚醛玻璃布/环氧树脂玻璃布/酚醛表9黄麻纤居复合材料弯曲性能试件种类弯曲强度/MPa弯曲模量以;1黄麻有捻纤维/环氧黄麻有捻纤维2/环氧黄麻有捻纤维3/环氧黄麻布1/环氧黄麻布2/环氧黄麻布3/环氧黄麻布2/酚醛玻璃布/环氧树脂玻璃布/酚醛黄麻有捻纤维的支数对其复合材料强度的影响大于对其模量的影响。一般情况下,材料的强度比模量对缺陷更敏感。黄麻有捻纤维的支数大小直接影响复合材料微观均匀性。支数太小,纤维束较粗,树脂基体难浸透,较易形成缺陷;支数太大,纤维束较细,树脂浸透后又易形成富胶,强相体积分数难以提高,影响复合材料性能的发挥。黄麻布厚度对其复合材料强度和模量的影响情况,与黄麻有捻纤维支数的影响大致相同。事实上,黄麻有捻纤维2和黄麻布2的拉伸性能都高出其同类复合材料。

      从基体的影响结果看,黄麻纤维强不饱和聚酯树脂复合材料的拉伸性能明显低于其他两类复合材料,这与不饱和聚酯树脂本身性能吻合。而黄麻纤维强酚醛复合材料的性能与黄麻纤维强环氧复合材料性能相当。表7给出的结果表明,在三类所用树脂基体中,黄麻纤维与酚醛树脂之间的浸润性*好。这提高了黄麻纤维强酚醛复合材料的性能。

      黄麻有捻纤维强复合材料单向板纵向拉伸性能,比黄麻布强复合材料高。这说明,黄麻有捻纤维比黄麻布制备复合材料,更具有性能可设计性。事实上,黄麻有捻纤维强复合材料单向板纵向拉伸性能,与玻璃纤维布强复合材料相当。黄麻纤维的比重(1.21g/cm3)只有玻璃纤维(2.62g/cm3)的46%,黄麻纤维复合材料作为结构材料,比性能己超出玻璃纤维复合材料。黄麻纤维具有自然可降解性,可以作为完全可降解绿色复合材料的理想强材料。因此,黄麻纤维复合材料具有潜在的工业应用价值。

      24黄麻纤维复合材料及其制品研究开发要进一进一步改进工艺提高性能从笔者前期工作中的微观分析照片可以看出,黄麻纤维复合材料内部缺陷还比较多,这说明复合工艺还须进一步改进。主要改善树脂基体对黄麻纤维的浸润性和黄麻纤维与树脂基体之间的界面粘接性能。从纤维角度来看,捻度大利于纤维发挥强度,但不利于复合工艺;捻度小利于复合工艺,但不利于纤维发挥强度;因此要与黄麻纤维的加工部门合作,以提供合适捻度的纤维。同时还可以采用化学法对黄麻纤维表面进行改性。

      进一步拓宽应用领域提高应用水平如上分析,黄麻纤维复合材料作为结构材料,其比性能可高于玻璃纤维复合材料,因此在可能的领域黄麻纤维复合材料完全可以替代玻璃纤维复合材料。特别是黄麻纤维可以作为制备环保型复合材料的理想强材料,将之用来强可降解塑料基体制备可完全降解的环保型复合材料,这是玻璃纤维复合材料所不能比拟的。

      进一步加强系统深入的研究目前,天然纤维复合材料的研究还不深入和系统。从材料体系看,与天然纤维配套的基体体系和助剂体系还未建立;从研究方法看,天然纤维复合材料诸多性能,如强相体积分数等,如何测试,方法还未建立;从制备工艺看,适合于天然纤维复合材特点的制备方法体系还远未建立。

      3结论黄麻纤维与通用的三类树脂基体的浸润性较好;黄麻有捻纤维的支数和黄麻布的厚度对其复合材料强度的影响大于对模量的影响;黄麻有捻纤维复合材料单向性能比黄麻布复合材料高,与玻璃纤维布复合材料相当;黄麻纤维复合材料作为结构材料,其比性能可与无捻中碱玻璃纤维布复合材料相当;还须深入研究,进一步改进工艺,提高黄麻纤维复合材料的应用水平,并拓宽应用领域。

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