麻纤维增强复合材料性能的研究

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1、麻纤维增强复合材料性能作者：轻化081王龙摘要麻纤维具有价廉质轻、自然降解、比强度和比模量高等特性，广泛应用于纤维增强复合材料的制备．本文评述了这类复合材料的研究现状，系统地介绍黄麻纤维增强复合材料的制备，分析评论了麻纤维的结构特点、纤维表面改性以及复合材料的各种力学性能．关键词：复合材料，评述，黄麻纤维，聚丙烯纤维，热塑性树脂，复合材料，工艺参数，力学性能前言：近年来，用自然界中资源最丰富的天然植物纤维替代现在广泛使用的玻璃纤维等合成增强纤维，开发具有优良性能和价格低的复合材料的研究，已引起人们的高度重视．植物纤维价廉质轻、比强度和比刚

2、度高以及可生物降解等优良特性，是其他的增强材料无法比拟的．在天然植物纤维中，麻类纤维不仅具有很高的强度和模量，同时具有纤维素质硬、耐摩擦、耐腐蚀的特点．我国的麻类资源极其丰富，是世界上麻分布最广、产量最多的国家之一．目前用麻纤维制备植物纤维增强复合材料的研究已经在欧美、日本和我国广泛展开，有的科研成果也已进入实用推广阶段，显示出良好的应用前景．国内已有研究者对剑麻、黄麻纤维增强复合材料的研究进展分别做了相关的综述和评价【1-3】，但是还没有对所有麻类纤维增强复合材料进行全面地、系统地评述．本文在介绍各类麻纤维的概况和特性的基础上，全面地综

3、述国内外黄麻纤维增强复合材料的研究进展，归纳总结了国内外研究的特点，以期促进相关的基础研究和应用开发。1麻纤维的概况和力学性能按照从其植物本体抽取部位的不同来定义区分，各类麻纤维包括一年生或多年生草本双叶子植物皮层的韧皮纤维和单子叶植物的叶纤维．韧皮纤维主要有苎麻(Ramie)、亚麻(Flax)、黄麻(Jute)、大麻(Hemp)和洋麻(Kenaf)等；叶纤维则包括剑麻(Sisa1)和蕉麻(Abaca)等．其中黄麻和洋麻等韧皮纤维胞壁木质化，纤维短，多用于纺制绳索和包装用麻袋等；亚麻等胞壁不木质化，纤维的粗细长短同棉纤维相近，广泛用于纺织

4、原料等；叶纤维则比韧皮纤维粗硬，主要用于麻绳、麻袋和手工艺品等。麻纤维具有独特的微观结构，表现出典型的复合材料特征．不同种类的麻纤维其细胞长度和宽度分布在5—50mm和20—507m；其横截面为有中空腔的腰圆形或多角形，纵向有横节和竖纹．各类麻纤维主要由纤维素、半纤维素、木质素、果胶等组成，其化学成分组成和结构参数列于(表1)[4]．麻纤维因其组成和结构特点以及连续长度较长等原因，具有良好的力学性能和可加工性(表2)[4]，但是其力学性能则因其生长条件、抽取部位和种植时间不同而不同．2黄麻纤维增强复合材料增强体：黄麻学名Corchorus

5、CapsularisL．，又名络麻、绿麻，一年生草本植物．黄麻纤维的硬度很高，具有较高的比强度和比模量的特点，但是与玻璃纤维相比，仍有弯曲强度低、吸湿性大、染色性差等缺点．因此，在黄麻纤维增强复合材料的制备过程中，需要解决复合材料的耐水性差以及界面强度低下等问题．基体：聚丙烯7一种用途广泛的高分子材料，等规聚丙烯因其低温脆性和收缩率大等缺陷，导致制品易变形且耐冲击性差，在一定程度上限制了它应用范围，聚丙烯的长处与麻纤维相结合，制定复合材料，取长补短。PP是一种半结晶性材料。它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。由于均聚物型的PP温度高于0C以

6、上时非常脆因此许多商业的PP材料是加入1~4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度（100℃）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度。PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。PP的维卡软化温度为150C。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP不存在环境应力开裂问题。均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。改性剂和预处理纤维

7、：硅烷偶联剂和马来酸酐改性机理研究现状：MAPP分子中有大量的羧基或酸酐基，这些基团能够与纤维中的羟基发生酯化反应，减少了引起纤维极性和吸湿性的羟基的数目，同时该共聚物长链又能与聚丙烯作用，如发生相互缠结或产生共结晶现象。这样提高了天然纤维与聚丙烯的界面亲和性。MAPP在基体中起一个桥梁作用，一方面，它可以与纤维发生酯化作用，由于天然纤维结晶度较高，反应过程只能中体积相对较大的MAPP分子很难渗入到天然纤维的内部，因此，MAPP和天然纤维的反应大部分集中在天然纤维的表面。另一方面，在MAPP分子链的末端是很长的聚丙烯链段，它可以和聚丙烯基

8、体发生相互缠结，接枝链段聚丙烯与基体聚丙烯的晶型相同，而晶型相同的两种聚合物混合时，可以产生共结晶现象，彼此进入对方的晶格。这样无疑提高了体系的相容性，这是MAPP增容的优势所在，是别的相容性