苎麻纤维表面改性对其复合材料力学性能影响的研究

发布时间：2020-09-15 11:13

　　随着科技的飞速发展,复合材料以其优异的性能被广泛用于各个领域。苎麻纤维作为一种性能优良的纤维,已成为复合材料增强纤维的首选原料之一。但是苎麻纤维表面胶质的存在影响了复合材料界面的稳定性,使得复合材料整体性能有所下降。因此,对苎麻纤维进行表面改性已成为开发苎麻纤维复合材料的关键。为了提高苎麻纤维与环氧树脂之间的界面性能,本课题从绿色环保的角度出发,选用节能、高效的冷等离子体改性方法,对苎麻纤维表面进行改性,并且运用模压工艺制作苎麻纤维复合材料。通过测试苎麻纤维及其复合材料的性能,探究了苎麻纤维表面改性对其复合材料力学性能的影响。课题研究包括四个方面:(1)冷等离子体处理条件对苎麻纤维性能的影响。通过对苎麻纤维浸润性能、表面形态、拉伸性能、摩擦性能的测试,发现冷等离子体处理可去除苎麻纤维表面的胶质和杂质,使苎麻纤维表面的不规则条纹外露,增加了纤维的表面粗糙度。(2)冷等离子体处理最佳工艺的选择。在不同处理时间和功率的条件下,对苎麻纤维表面进行冷等离子体改性。通过分析苎麻纤维表面能及拉伸性能的变化,选择改性效果明显的参数进行正交试验,最终选择处理时间和处理功率分别为 1min-100w 处理、2min-150w 处理、3min-200w 处理。(3)冷等离子体处理与碱处理对苎麻纤维性能影响的对比。与碱处理相比,冷等离子体处理对纤维的浸润性能与摩擦性能的影响更为显著。冷等离子体处理和碱处理都会损伤纤维的拉伸性能。通过对处理时间和处理功率的选择,可降低冷等离子体处理对纤维拉伸性能的损伤。(4)冷等离子体改性芒麻纤维表面对其复合材料力学性能的影响。选用环氧树脂作为基体材料,通过模压技术,制作纤维含量为30%的苎麻纤维增强复合材料板。经过力学性能的测试与分析,发现与未处理纤维相比,当处理条件为3min-200w时,纤维的表面能和与环氧树脂的粘附功分别增加了 124.5%和59.1%。由SEM和AFM可以观测到纤维表面被冷等离子体刻蚀,刻蚀作用增加了纤维与环氧树脂的接触面,二者的结合更紧密,使得纤维不易被抽拔。冷等离子体处理虽然对纤维有一定损伤,但是界面性能的改善提升了复合材料的力学性能。与未处理纤维复合材料相比,当处理条件为3min-200w时,复合材料的拉伸性能、弯曲强度以及剪切应力分别提升了 29.2%、37.0%和30.5%。
【学位单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TS195.54;TB33

【参考文献】