苎麻纤维复合材料及其应用.docxVIP

苎麻纤维复合材料及其应用彭丹孙义明杨力行(湖北工业大学化学与环境工程学院,武汉430068)摘要综述了国内外苎麻纤维复合材料的研究现状,主要包括影响苎麻纤维复合材料力学性能的因素,并介绍了复合材料界面和改善界面的方法,以及苎麻复合材料的应用。关键词苎麻,聚合物,复合材料,增强RamiefibercompositematerialanditsapplicationPengDanSunYimingYangLixing(SchoolofChemicalandEnvironmentalEngineering,HubeiUniversityofTechnology,Wuhan430068)AbstractSummarizedtheresearchstatusoframiefiberreinforcedcompositesintheworld.Itincludedthefactorsaffectingitsmechanicalpropertyanddescribedtheinterfaceandmethodstoimprovetheinterfaceofcompositematerials,andapplicationofcompositematerials.Keywordsramie,polymer,compositematerial,enhancement随着人们“生态意识”的觉醒,对环境保护、卫生健康越来越重视,人们把注意力集中到植物纤维这一具有生物降解性、环境协调性以及质轻和价廉易得的可再生资源上来,麻纤维以其独特的性能引起了人们的关注[123],在麻类纤维中苎麻性能最为突出,其纤维素含量高、强度大、纤维长度长,属于高性能的天然植物纤维[4],很适合做树脂基复合材料的增强体[5]。其复合材料主要有以下特点[6]:(1)密度小,比刚度和比强度较大;(2)成型工艺性能好;(3)材料性能可以设计;(4)抗疲劳性能好;(5)减振性能好;(6)热稳定性好。利用苎麻作为复合材料增强体,开发环境友好的复合材料,已广泛用于军事和民用等各个领域,不仅为苎麻纤维开辟除纺织以外新的应用空间,为苎麻开发利用找到新的增值途径,而且为天然纤维增强复合材料体系增添新内容,意义十分重大[7]。表1几种麻纤维的性能抗拉强度/[mN·tex-1(MPa)]抗拉模量/[cN·tex-1(GPa)]断裂伸长率%密度/(g·cm-1)比强度/m比模量/km项目570(718)480(715)320(387)700(1078)480(672)885(2300)230(219)118(118)140(117)210(312)180(215)2808(73)212118)11511821231211261149112111541140216021311211421111828剑麻亚麻黄麻苎麻大麻玻璃纤维570480320700480885脂[8]、乙烯基树脂[9]、环氧树脂[10]、酚醛树脂[11],聚氨酯泡沫[12]等等,也有热塑性的,如PP[13]、LDPE[10]、乙烯2丙烯共聚物[14]等,热固性树脂易与增强体结合,固化温度相对较低,操作简单。热塑性树脂可重复加工,有优异的抗冲击韧性、耐疲劳损伤性能[15]。苎麻纤维的性能苎麻的化学组成以纤维素为主,其次是半纤维素、木质素、甲胶等,表1是几种麻纤维与玻璃纤维的性能比较,由表1可见,虽然麻纤维的拉伸强度和模量都比玻璃纤维低,但是苎麻的比强度与玻纤接近,且苎麻是麻纤维中性能最好的,所以它完全可以替代玻璃纤维,作为复合材料增强剂。1复合材料力学性能影响因素尽管苎麻纤维复合材料的研究已经取得了较大发展,但仍没有把纤维素的潜在优势发挥出来,主要原因是纤维与聚合物之间的不相容性和纤维易降解性对其在复合材料中的增强作用产生不利影响。3树脂基体近年来国内外掀起了研究各种苎麻纤维复合材料的热潮,研究所用的聚合物基体既有热固性的,如不饱和聚酯树2作者简介:彭丹(1985-),女,在读研究生,主要从事苎麻增强聚合物研究。第2期彭丹等:苎麻纤维复合材料及其应用·27·理主要引起化学修饰、聚合、自由基产生、结晶等变化;蒸汽爆破处理这种方法可引起纤维材料微观结构的变化,去除半纤维素,使纤维素含量增加,同时表面积加大;溅射放电处理主要引起物理变化,如表面变得粗糙等以增强界面间的粘结性能;电晕放电,通过改变纤维素分子的表面能来降低复合材料的熔融黏度。这些方法可以有针对性地改变纤维的一些主要参数,如表面张力、吸湿性、膨胀性、吸附性从而提高与高聚物间的相容性。51112化学方法通过化学反应减少纤维表面的羟基数量,在苎麻和基体之间形成物理和化学交联,主要包括偶联剂法、接枝共聚法、酯化改性等。化学方法改变了纤维表面的化学结构,有利于其在塑料基体中的均匀分散,提