单向连续剑麻纤维%2f环氧树脂复合材料的力学性能的研究.pdfVIP

单向连续剑麻纤维／环氧树脂复合材料的力学性能研究+ 刘原 容敏智 章明秋 曾汉民 (中山大学材料所广州510275) (聚合物基复台材料和功能材料教育部重点实验室广州510275) 摘 要 本文研究了单向连续剑麻钎维，环氧树脂复台材料的力学性能，其中纤 维为为未处理、碱处理和潮湿空气处理三种情况。研究表明，当剑弗隔氧树脂复台材 料在纤维体积含量为30％-70％时，复合材料的拉伸强度及模量均符合混合律公式。用 碱处理剑麻纤维后，能有效提高树脂对纤维的授润性能和改变纤维本身原纤间区域的性 质．使复合材料的各项性眙均有所提高。当剑麻在潮湿空气中露量以后，其瑕收的水份 显著地影响由其所制成的复台材料的界面粘结，致使材料的拉伸强度下降，但断裂功却 有明显的提高。 关麓词天然纤维力学性能 1前言 近年来，随着环境和能源问题的日渐突出，以天然纤维为原料制备可再生、可降解材 料的研究越来越多地受到关注。剑麻是天然纤维中性能较好的一种，可广泛地应用于填充 热固和热塑性棚旨，所制得的材料具有价廉、质轻，比模量和比强度较高等优点。但由于 剑麻纤维具有亲水性而聚合物具有亲油性，因此制成的复合材料因界面粘结较差而影响了 材料的性能。为此，通常必须对纤维表面进行预处理。其中，碱处理，作为较为方便的天 然纤维处理方法，长期以来得到了广泛的应用”112]。天然纤维经碱处理，不仅可改变其表 面特性．而且纤维内部结构也发生了变化，并因此带来复合材料性能的变化。但以往对这 方面的研究，多集中在复合材料表观行为的分析上，而缺少对界面和纤维内部结构的分析。 本文利用单向连续纤维复合材料，通过不同表面处理纤维间的比较，研究了剑麻纤维／环 氧体系复合材料的力学性能变化与界面和纤维内部结构变化间的相关性。剑麻的另一弱点 是易受潮，常温下在空气中能吸收10％(wt)左右的水份，这部分水份能显著削弱剑麻， 环氧树脂间的界面，从而影响材料的各方面性能。为此，本工作也对潮湿空气下处理的剑 麻纤维复合材料进行了研究，目的是考察加工过程中的纤维吸湿对复合材料性能的影响， 这一问题的研究对剑麻复合材料的实际加工使用具有重要意义。 2实验部分 2．1原材料 剑麻纤维(SF)：海南省海康农场，其部分力学性能列在表i。 环氧树脂(Ep)：E-51广州市东风化工厂。 固化剂：四乙烯五胺与丙烯月i共混物，重量比为1．2／1 固化剂与环氧配料比为50／1(30(重量比) ’国索杰出青年基金(N藕1广东省千、百、十“优秀^才”培养基盘资助项目 裹1鲥麻纤堆的部分力学性能 密 度 直 径 断裂伸长 拉伸强度 摸 量 (g／cma) (uta) (％) 似Pa) (GPa) 50．200 620-680 2．2剑麻纤维的碱处理 至中性，晾干后备用。 2．3剑麻纤维／环氧树脂复合材料的制备 将表面清洁的未处理剑麻(SF)，碱处理剑麻(ASF)制成单向连续纤维无纺布，在 烘箱中80℃鼓风烘干至恒重，部分sF无纺布取出在30℃、相对湿度100懦条件下露置4 小时，称为MSF。将以上三种无纺布浸渍环氧棚目，迭层后在80℃、5MPa下恒压6小时 固化成为复合材料板材，并进一步裁剪成性能测试样品。 2．4复合材料力学性能的测试方法 拉伸性能：参照国标GB一3354-82进行测试，设备为WD．5A电子万能拉力机，加载 速度lOmm／min。 弯曲性能：参照国标GB-3356-82进行测试，设备为LWK-5电子万能拉力机，跨距为 50mm，加载速度2mm／min。 x x 3mm 50mm，仪器为HJJ． 冲击性能：采用无缺口Charpy冲击测试，试