TDI改性苧麻纖維增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合材料的力學(xué)性能要點(diǎn)

1、TDI改性蘭麻纖維增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合材料的力學(xué)性能一、目的：纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料是從20世紀(jì)初開始發(fā)展起來的，因其比強(qiáng)度和比模量較大，發(fā)展非常迅速，現(xiàn)在廣泛用丁各個(gè)領(lǐng)域。近年來，人們對(duì)生態(tài)和資源保護(hù)愈來愈重視，環(huán)境友好型和完全可生物降解型綠色復(fù)合材料的研制成為研究的熱點(diǎn)之一。植物纖維來源豐富，價(jià)格低廉、易降解、無污染,是很有前景的復(fù)合材料原料，尤其是麻纖維以其獨(dú)特的性能特點(diǎn)引起了人們的關(guān)注。蘭麻纖維的纖維素含量高、強(qiáng)度大、纖長(zhǎng)度長(zhǎng)，在麻類纖維中性能最為突出，屆丁高性能的天然植物纖維。不僅具有高的強(qiáng)度和模量，同時(shí)具有纖維素質(zhì)硬、/FIFJT耐摩擦、耐腐蝕、耐水泡和分布廣泛等特點(diǎn)。麻纖維的主要成分為

2、纖維素，分子鏈上含有親水的羥基，與疏水性樹脂的相容性較差。從而界面粘結(jié)性能比較差。利用極性小分子TDI與竺麻纖維接枝反應(yīng)，改變竺麻纖維問纖維相互作用力，實(shí)現(xiàn)竺麻纖維的連續(xù)化，得到高強(qiáng)度連續(xù)麻纖維乂與基體材料有很好的界面相容性。從而，使得制備的復(fù)合材料具有較高的拉伸強(qiáng)度、模量、沖擊強(qiáng)度等優(yōu)異的力學(xué)性能。i二、芒麻纖維復(fù)合材料的組份選用2.1增強(qiáng)體？5選用竺麻作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體。主要原因：麻纖維是天然纖維中纖維長(zhǎng)度最長(zhǎng)，纖維的強(qiáng)度、結(jié)晶度、取向度、拉伸強(qiáng)度和模量較高、纖維素質(zhì)硬、耐摩擦等優(yōu)點(diǎn)很適合做樹脂基復(fù)合材料的增強(qiáng)體。同時(shí)，麻纖維是復(fù)合材料的主要承力組分，能提高材料的強(qiáng)度和模量，沖擊強(qiáng)度。2

3、.2基體選用聚乙烯（PE）作基體我們現(xiàn)在用的樹脂基體可分為兩類：熱固性樹脂和熱塑性樹脂。熱固性樹脂主要有環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、和酚醛樹脂，熱塑性樹脂主要有聚氯乙烯、聚乙烯和聚丙烯等，聚乙烯的應(yīng)用最為廣泛?；w樹脂的功能，就是把各種天然纖維增強(qiáng)材料有機(jī)地黏合在一起，起著傳遞載荷和均衡載荷的作用，并賦予優(yōu)良的性能，使它成為有使用價(jià)值的產(chǎn)品。2.3改性劑2.3.1改性劑選用：甲苯-2,4-二異袱酸酯（TDI）接枝有機(jī)聚合物長(zhǎng)鏈?zhǔn)翘岣呃w維和各種聚合物基體相容性最常用的方法之一，接枝共聚物包括聚合物主鏈、可與其他聚合物反應(yīng)或相互作用的接枝官能團(tuán)。甲苯-2,4-二異袱酸酯（TDI）,與竺麻纖維接枝反應(yīng)

4、，改變麻纖維問纖維相互作用力，實(shí)現(xiàn)麻纖維的連續(xù)化，得到高強(qiáng)度連續(xù)麻纖維。同時(shí)也有了合成聚合物支鏈賦予J1,/的新性能，將會(huì)大大的改善其與PE問的界面相容性，而提高復(fù)合材料的性能。1.3.2改性方法和改性機(jī)理：目前常用的改性有：接枝改性處理、堿處理、熱處理法和酯化或酰化改性等等方法，用TDI去改性PE屆于接枝改性處理。極性小分子TDI與麻纖維接枝反應(yīng)，改變麻纖維問纖維相互作用力，實(shí)現(xiàn)麻纖維的連續(xù)化，得到高強(qiáng)度連續(xù)Pl1,麻纖維。蘭麻纖維接枝改性處理機(jī)理：麻纖維的主要成分為纖維素，分子鏈上含有大量的親水性基團(tuán)（羥基），親水好，與PE相似性差：因此這兩者之間的界面相容性很差。竺麻纖維經(jīng)TDI（結(jié)構(gòu)式

5、如右圖）處理后，竺麻上的親水性基團(tuán)（羥基）將會(huì)與異袱其反應(yīng)，使親水性基團(tuán)封閉（竺麻的親水性基團(tuán)被封閉，處理后的竺麻纖維不僅保留了本身麻的性能，還有合成聚合物支鏈賦予的新性能，如耐磨性、粘附性等等），以致丁在制備復(fù)合材料時(shí)竺麻纖維與樹脂基體之間形成粘著鍵，從而增強(qiáng)了二者的界面粘結(jié)，提高復(fù)合材料的性能。三、復(fù)合材料性能測(cè):3.1采用掃描電鏡(SEM)、電子萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)等分析測(cè)試手段對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能和斷口進(jìn)行了測(cè)試分析。3.2SEM斷口圖分析原則：(1) 如果斷口面比較平滑，則說明復(fù)合的力學(xué)性能比較差，發(fā)生的脆性斷裂，TDI改性竺麻纖維增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和模量不高；(2) 如果復(fù)合材料

6、拉伸斷裂面的斷口面很不平滑，很毛糙，則說明復(fù)合材料斷裂時(shí)發(fā)生的是韌性斷裂，改性竺麻纖維增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合材料有較高的拉伸強(qiáng)度和模量。%四、預(yù)期結(jié)果：(1) 竺麻纖維經(jīng)過TDI接枝改性后，其復(fù)合材料界面性能明顯改善。X/7、一一、一一、一一、一，IXX.(2) 接枝后竺麻和竺麻纖維/PE復(fù)合材料拉伸斷裂面的斷口面不平滑，很毛糙。接枝后竺麻和竺麻纖維/PE復(fù)合材料拉伸性能、沖擊強(qiáng)度和韌性等等力學(xué)性能明顯提高；jp六、結(jié)束語-在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)過、環(huán)境保護(hù)意識(shí)日益增強(qiáng)的今天，麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)越來越受到人們關(guān)注，它主要有以下特點(diǎn)是竺麻纖維密度小，比剛度和比強(qiáng)度較大、成型工藝性能好、材料性能可以設(shè)計(jì)、抗疲勞性能好減振性能好、熱穩(wěn)定性好。不過竺麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料還存在一些問題，如復(fù)合材料的界面性能通過物理和化學(xué)作用雖有所改善，但其沖擊韌性有所下降，拉伸時(shí)的斷裂應(yīng)變很?。辉僬?，我們的加工工藝多以注