纳米CaCO 3 增强竹浆纤维/环氧树脂复合材料的动态力学性能
发布时间：2022-01-04 12:32
为探索碳酸钙（CaCO3）无机颗粒界面增强机理,建立竹纤维表面微纳米颗粒的附载与界面增强技术的内在联系,该论文以竹浆纤维（bamboo pulp fiber,BPF）和环氧树脂为主要材料,采用纳米CaCO3浸渍改性工艺,通过真空辅助树脂浸注技术制备BPF/环氧树脂复合材料,利用动态力学分析仪对其动态热机械性能和界面性能进行研究。结果表明:测试频率为单频（1Hz）时,在–20120℃,纳米CaCO3浸渍改性竹浆纤维（BPF treated by impregnation modification,IMBPF）增强环氧树脂复合材料的最大储能模量是BPF/环氧树脂复合材料的1.3倍;测试频率为多频（1,2,5,10和20 Hz）时,频率对BPF/环氧树脂复合材料和IMBPF/环氧树脂复合材料的影响规律相同,储能模量,损耗模量和损耗因子均随频率的增加而增加且逐渐向高温方向移动。BPF/环氧树脂复合材料和IMBPF/环氧树脂复合材料的玻璃化转变温度均随频率的增加而升高,而测试频率对损耗因子影响不大;IMBPF...
【文章来源】：农业工程学报. 2017,33(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
纤维表面形貌（放大3000倍）
拧Ｍ?保??菔剑?）（2）计算可得，CaCO3颗粒上载量为15%。图1纤维表面形貌（放大3000倍）Fig.1Surfacemorphologyoffiber(×3000times)2.2单频条件下复合材料动态热机械性能高聚物动态黏弹性测试中，储能模量(E′)、损耗模量(E″)和损耗因子(tanδ)是动态黏弹性能的3个基本参数。储能模量E′表征材料在形变过程中由于弹性形变而储存的能量，损耗模量E″表征材料在形变过程中因黏性形变而以热的形式损耗的模量，损耗因子tanδ是损耗模量和储能模量的比值，表征了材料的阻尼特性，可独立反映复合材料的刚性。由图2a可知，IMBPF/环氧树脂复合材料储能模量最大值为3421MPa，是BPF/环氧树脂复合材料储能模量最大值（2627MPa）的1.3倍。在–20～47℃范围内，IMBPF/环氧树脂复合材料的E′高于BPF/环氧树脂复合材料，说明IMBPF/环氧树脂复合材料在动态载荷作用下有更好的结构稳定性[27]，在低温环境下，IMBPF/环氧树脂复合材料的分子运动能量较低、刚性较大。这可能是因为IMBPF增强环氧树脂复合材料较强的界面结合起到了物理连接的作用，在受到周期载荷作用时，更好地限制了基体分子链的运动，从而提高了复合材料的E′。在47～120℃范围内，复合材料的E′相差不明显。从图2b可知，在20～50℃范围内，IMBPF/环氧树脂复合材料的E″高于BPF/环氧树脂复合材料，说明增强相在低温区分子链相互移动摩擦较大，分子运动时将弹性能转变为分子运动的热能较多，因此表现出的宏观E″较大。在损耗因子-温度曲线上（图2c），IMBPF增强环氧树脂复合材料的tanδ总体上低于BPF增强复合材料，表明IMBPF增强环氧树脂复合材料弹性较好，可见CaCO3颗粒的附着降低了复合材料的tanδ，同时，聚合物链段的运动由于受到CaCO3和交联结构中多相性
Пǎ╤ttp://www.tcsae.org）2017年284比较显著。图3和图4分别为BPF/环氧树脂复合材料和IMBPF/环氧树脂复合材料在多频条件下的DMA曲线图。由图3和图4可知，频率f对BPF/环氧树脂复合材料和IMBPF/环氧树脂复合材料的影响规律相同，E′、E″和tanδ均随着f的增加而增加且逐渐向高温方向移动。这是因为当复合材料受到外界恒定载荷作用时，高分子链需要重组以此来抵消外力作用，所以f越高，时间越短，分子重组越快，E′越高，这与何曼君[28]的研究结果复合材料在高频条件下的储能模量要高于低频条件下的储能模量类似。图3BPF/环氧树脂复合材料的多频动态热力学性能Fig.3Multi-frequencydynamicalthermomechanicalpropertiesofBPF/epoxyresincomposite图4IMBPF/环氧树脂复合材料的多频动态热力学性能Fig.4Multi-frequencydynamicalthermomechanicalpropertiesofIMBF/epoxyresincomposite2.3.1频率对复合材料储能模量的影响在玻璃态（–20、40℃）和橡胶态（100℃）时，根据图3a和图4a，并采用式（3）进行线性拟合，斜率即为k值（表1）。由表1可知，在–20℃、40℃和100℃时，IMBPF/环氧树脂复合材料的k值均大于BPF/环氧树脂复合材料，说明IMBPF/环氧树脂复合材料的E′对f的依赖性高于BPF/环氧树脂复合材料，可见，BPF表面附着的CaCO3颗粒对复合材料E′的频率依赖性具有一定影响。表1复合材料的k值Table1Thekvalueofcompositesk值kvalue试样Sample–20℃40℃100℃BPF/环氧树脂复合材料BPF/epoxyresincomposite28.491135.9425.8IMBPF/环氧树脂复合材料IMBPF/epoxyresincomposite69.105372.8526.2852.3.2频率对复合材料玻璃化转变温度和损耗因子的影响由图5可知，在多频条件下，BPF/环氧树脂复合材料和IMBPF/?
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米碳酸钙浸渍改性工艺对竹塑复合材料拉伸性能的影响[J]. 王翠翠,程海涛,羡瑜,宋伟,李文燕,张双保. 材料导报. 2016(02)
[2]不同改性方法对竹塑复合材料拉伸性能的影响[J]. 李文燕,张双保,任文涵,王戈,程海涛. 南京林业大学学报(自然科学版). 2014(03)
[3]竹粉接枝改性提高竹塑复合材料的力学性能[J]. 余方兵,宋剑斌,吴秋宁,陈丽红,杨文斌. 农业工程学报. 2013(23)
[4]我国植物纤维复合材料的发展现状及展望[J]. 周明,陈瑞英. 亚热带农业研究. 2013(04)
[5]可逆热致变色竹塑复合材料的温度与光响应及热学性能[J]. 吴秋宁,宋剑斌,余方兵,陈丽红,杨文斌. 农业工程学报. 2013(14)
[6]竹粉/高密度聚乙烯复合材料动态流变特性[J]. 杨文斌,章耀林,陈恩惠,张明昕. 农业工程学报. 2012(07)
[7]聚合物二元体系动态力学性能的估算[J]. 陈绪煌,李渭清,盛京. 高分子通报. 2008(02)
[8]POE-g-GMA对聚丙烯／聚磷酸铵复合材料玻璃化转变活化能的影响[J]. 吕明福,张师军,余鼎声. 塑料工业. 2007(S1)
[9]多频动态热机械分析法研究碳纤维复合材料湿热老化[J]. 陈伟明,王成忠,周同悦,杨小平. 材料工程. 2006(S1)
博士论文
[1]木粉/聚丙烯复合界面分子运动弛豫过程解析[D]. 朱礼智.北京林业大学 2013
本文编号：3568344
【文章来源】：农业工程学报. 2017,33(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
纤维表面形貌（放大3000倍）
拧Ｍ?保??菔剑?）（2）计算可得，CaCO3颗粒上载量为15%。图1纤维表面形貌（放大3000倍）Fig.1Surfacemorphologyoffiber(×3000times)2.2单频条件下复合材料动态热机械性能高聚物动态黏弹性测试中，储能模量(E′)、损耗模量(E″)和损耗因子(tanδ)是动态黏弹性能的3个基本参数。储能模量E′表征材料在形变过程中由于弹性形变而储存的能量，损耗模量E″表征材料在形变过程中因黏性形变而以热的形式损耗的模量，损耗因子tanδ是损耗模量和储能模量的比值，表征了材料的阻尼特性，可独立反映复合材料的刚性。由图2a可知，IMBPF/环氧树脂复合材料储能模量最大值为3421MPa，是BPF/环氧树脂复合材料储能模量最大值（2627MPa）的1.3倍。在–20～47℃范围内，IMBPF/环氧树脂复合材料的E′高于BPF/环氧树脂复合材料，说明IMBPF/环氧树脂复合材料在动态载荷作用下有更好的结构稳定性[27]，在低温环境下，IMBPF/环氧树脂复合材料的分子运动能量较低、刚性较大。这可能是因为IMBPF增强环氧树脂复合材料较强的界面结合起到了物理连接的作用，在受到周期载荷作用时，更好地限制了基体分子链的运动，从而提高了复合材料的E′。在47～120℃范围内，复合材料的E′相差不明显。从图2b可知，在20～50℃范围内，IMBPF/环氧树脂复合材料的E″高于BPF/环氧树脂复合材料，说明增强相在低温区分子链相互移动摩擦较大，分子运动时将弹性能转变为分子运动的热能较多，因此表现出的宏观E″较大。在损耗因子-温度曲线上（图2c），IMBPF增强环氧树脂复合材料的tanδ总体上低于BPF增强复合材料，表明IMBPF增强环氧树脂复合材料弹性较好，可见CaCO3颗粒的附着降低了复合材料的tanδ，同时，聚合物链段的运动由于受到CaCO3和交联结构中多相性
Пǎ╤ttp://www.tcsae.org）2017年284比较显著。图3和图4分别为BPF/环氧树脂复合材料和IMBPF/环氧树脂复合材料在多频条件下的DMA曲线图。由图3和图4可知，频率f对BPF/环氧树脂复合材料和IMBPF/环氧树脂复合材料的影响规律相同，E′、E″和tanδ均随着f的增加而增加且逐渐向高温方向移动。这是因为当复合材料受到外界恒定载荷作用时，高分子链需要重组以此来抵消外力作用，所以f越高，时间越短，分子重组越快，E′越高，这与何曼君[28]的研究结果复合材料在高频条件下的储能模量要高于低频条件下的储能模量类似。图3BPF/环氧树脂复合材料的多频动态热力学性能Fig.3Multi-frequencydynamicalthermomechanicalpropertiesofBPF/epoxyresincomposite图4IMBPF/环氧树脂复合材料的多频动态热力学性能Fig.4Multi-frequencydynamicalthermomechanicalpropertiesofIMBF/epoxyresincomposite2.3.1频率对复合材料储能模量的影响在玻璃态（–20、40℃）和橡胶态（100℃）时，根据图3a和图4a，并采用式（3）进行线性拟合，斜率即为k值（表1）。由表1可知，在–20℃、40℃和100℃时，IMBPF/环氧树脂复合材料的k值均大于BPF/环氧树脂复合材料，说明IMBPF/环氧树脂复合材料的E′对f的依赖性高于BPF/环氧树脂复合材料，可见，BPF表面附着的CaCO3颗粒对复合材料E′的频率依赖性具有一定影响。表1复合材料的k值Table1Thekvalueofcompositesk值kvalue试样Sample–20℃40℃100℃BPF/环氧树脂复合材料BPF/epoxyresincomposite28.491135.9425.8IMBPF/环氧树脂复合材料IMBPF/epoxyresincomposite69.105372.8526.2852.3.2频率对复合材料玻璃化转变温度和损耗因子的影响由图5可知，在多频条件下，BPF/环氧树脂复合材料和IMBPF/?
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米碳酸钙浸渍改性工艺对竹塑复合材料拉伸性能的影响[J]. 王翠翠,程海涛,羡瑜,宋伟,李文燕,张双保. 材料导报. 2016(02)
[2]不同改性方法对竹塑复合材料拉伸性能的影响[J]. 李文燕,张双保,任文涵,王戈,程海涛. 南京林业大学学报(自然科学版). 2014(03)
[3]竹粉接枝改性提高竹塑复合材料的力学性能[J]. 余方兵,宋剑斌,吴秋宁,陈丽红,杨文斌. 农业工程学报. 2013(23)
[4]我国植物纤维复合材料的发展现状及展望[J]. 周明,陈瑞英. 亚热带农业研究. 2013(04)
[5]可逆热致变色竹塑复合材料的温度与光响应及热学性能[J]. 吴秋宁,宋剑斌,余方兵,陈丽红,杨文斌. 农业工程学报. 2013(14)
[6]竹粉/高密度聚乙烯复合材料动态流变特性[J]. 杨文斌,章耀林,陈恩惠,张明昕. 农业工程学报. 2012(07)
[7]聚合物二元体系动态力学性能的估算[J]. 陈绪煌,李渭清,盛京. 高分子通报. 2008(02)
[8]POE-g-GMA对聚丙烯／聚磷酸铵复合材料玻璃化转变活化能的影响[J]. 吕明福,张师军,余鼎声. 塑料工业. 2007(S1)
[9]多频动态热机械分析法研究碳纤维复合材料湿热老化[J]. 陈伟明,王成忠,周同悦,杨小平. 材料工程. 2006(S1)
博士论文
[1]木粉/聚丙烯复合界面分子运动弛豫过程解析[D]. 朱礼智.北京林业大学 2013
本文编号：3568344
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