苎麻纤维表面碳纳米管接枝改性研究

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1、工学硕士学位论文苎麻纤维表面碳纳米管接枝改性研究STUDYONRAMIEFIBERSURFACEMODIFICATIONTHROUGHCARBONNANOTUBEGRAFTING王婉茹哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB332学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文苎麻纤维表面碳纳米管接枝改性研究硕士研究生：王婉茹导师：咸贵军教授申请学位：工学硕士学科：土木工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB332U.D.C:624Dissert

2、ationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONRAMIEFIBERSURFACEMODIFICATIONTHROUGHCARBONNANOTUBEGRAFTINGCandidate：WanruWangSupervisor：Prof.GuijunXianAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：CivilEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefense：June,2018D

3、egree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要纤维增强复合材料（FRP，fiberreinforcedpolymercomposite）具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，已经被广泛应用于工程结构加固、桥梁拉索及各种高性能新建结构。同传统复合材料用增强纤维相比，苎麻纤维生产过程中耗能低，可再生，且具有力学性能良好、绿色无污染等优点，是一种新型的结构复合材料用增强纤维。但由于苎麻纤维与树脂粘结性能较弱，外加荷载不能有效地通过树脂传递到纤维，导致苎麻纤维复合

4、材料的力学性能较差。通过植物纤维表面改性提升苎麻纤维复合材料力学性能，已成为当前植物纤维复合材料高性能化研究的重要方向。本文提出了一种简易高效的苎麻纤维表面接枝碳纳米管（CNT,CarbonNanotube）的喷涂方法，探索了CNT在乙醇-水悬浮液的分散方法及其对CNT在苎麻纤维表面分布的影响，优化了苎麻纤维表面CNT接枝工艺参数，分析了CNT在苎麻纤维表面的接枝机理，研究了CNT接枝对苎麻纤维-树脂界面粘结性能的作用规律与机理。主要研究内容与结论如下：首先，研究了CNT表面修饰方法对其在乙醇-水溶液内分散性能的影响规律及机理。研究发现，聚乙烯吡

5、咯烷酮对CNT的表面包覆作用与硅烷偶联剂的修饰作用，可以有效提高CNT在悬浮液内的分散性；其次，提出了一简易高效的CNT悬浮液喷涂接枝方法，探索了喷涂工艺参数对CNT在苎麻纤维表面分布的影响，研究了CNT在苎麻纤维表面的接枝机理。研究发现，在一定喷涂次数范围内，可以实现CNT在苎麻纤维表面的均匀接枝；CNT与苎麻纤维表面通过硅烷偶联剂的分子桥作用，实现共价键接枝；最后，研究了苎麻纤维表面接枝CNT对纤维-树脂界面粘结强度的影响，分析了界面粘结性能提升的机理。研究表明，表面接枝CNT有效提高了苎麻纤维与环氧树脂间的界面剪切强度、复合材料板材的三点弯

6、曲强度与模量；碳纳米接枝提高了苎麻纤维表面的粗糙度，提升了纤维-树脂基体界面间的机械啮合力，并改善了纤维-树脂间的浸润性能，从而改善了界面粘结性能。通过以上研究，为发展植物纤维表面通过CNT接枝改性的方法奠定了基础，对发展绿色高性能植物纤维复合材料具有重要的推动意义，研究也将促进高性能植物纤维复合材料的工程应用。关键词：纤维增强复合材料；苎麻纤维；碳纳米管；表面接枝；界面粘结性能-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractFiberreinforcedpolymercomposite(FRP)withmanyadvantages,name

7、lylightweight,highstrength,corrosionresistance,hasbeenwidelyappliedinstrengtheningofengineeringstructures,bridgecablesandconstructionofvarioushighperformancestructures.Comparedwithtraditionalfiberreinforcements,ramiefiberpossesseslowenergyconsumption,goodmechanicalperformance

8、andpollution-freecharacteristics.Itcanbeusedasanewtypeoffiberreinfor