TDI改性苎麻纤维增强聚乙烯复合材料的力学性能.doc

TDI改性苎麻纤维增强聚乙烯复合材料的力学性能 一、目的:纤维增强聚合物复合材料是从20世纪初开始发展起来的，因其比强度和比模量较大，发展非常迅速，现在广泛用于各个领域。 近年来，人们对生态和资源保护愈来愈重视，环境友好型和完全可生物降解型绿色复合材料的研制成为研究的热点之一。植物纤维来源丰富，价格低廉、易降解、无污染，是很有前景的复合材料原料，尤其是麻纤维以其独特的性能特点引起了人们的关注。苎麻纤维的纤维素含量高、强度大、纤长度长，在麻类纤维中性能最为突出，属于高性能的天然植物纤维。不仅具有高的强度和模量,同时具有纤维素质硬、耐摩擦、耐腐蚀、耐水泡和分布广泛等特点。麻纤维的主要成分为纤维素,分子链上含有亲水的羟基,与疏水性树脂的相容性较差。从而界面粘结性能比较差。利用极性小分子 TDI 与苎麻纤维接枝反应，改变苎麻纤维间纤维相互作用力，实现苎麻纤维的连续化，得到高强度连续麻纤维又与基体材料有很好的界面相容性。从而，使得制备的复合材料具有较高的拉伸强度、模量、冲击强度等优异的力学性能。二、苎麻纤维复合材料的组份选用2.1增强体选用苎麻作为复合材料的增强体。主要原因：麻纤维是天然纤维中纤维长度最长，纤维的强度、结晶度、取向度、 拉伸强度和模量较高、纤维素质硬、耐摩擦等优点很适合做树脂基复合材料的增强体。同时，麻纤维是复合材料的主要承力组分，能提高材料 的强度和模量，冲击强度。2.2基体 选用聚乙烯（PE）作基体我们现在用的树脂基体可分为两类：热固性树脂和热塑性树脂。热固性树脂主要有环氧树脂、不饱和聚酯树脂、和酚醛树脂，热塑性树脂主要有聚氯乙烯、聚乙烯和聚丙烯等，聚乙烯的应用最为广泛。基体树脂的功能，就是把各种天然纤维增强材料有机地黏合在一起，起着传递载荷和均衡载荷的作用，并赋予优良的性能，使它成为有使用价值的产品。2.3 改性剂2.3.1 改性剂选用：甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)接枝有机聚合物长链是提高纤维和各种聚合物基体相容性最常用的方法之一， 接枝共聚物包括聚合物主链、 可与其他聚合物反应或相互作用的接枝官能团。甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)，与苎麻纤维接枝反应，改变麻纤维间纤维相互作用力，实现麻纤维的连续化，得到高强度连续麻纤维。同时也有了合成聚合物支链赋予的新性能，将会大大的改善其与PE间的界面相容性，而提高复合材料的性能。1.3.2 改性方法和改性机理： 目前常用的改性有：接枝改性处理、碱处理、热处理法和酯化或醚化改性等等方法，用TDI去改性PE属于接枝改性处理。极性小分子 TDI 与麻纤维接枝反应，改变麻纤维间纤维相互作用力，实现麻纤维的连续化，得到高强度连续麻纤维。苎麻纤维接枝改性处理机理： 麻纤维的主要成分为纤维素,分子链上含有大量的亲水性基团（羟基），亲水好，与PE相似性差。因此这两者之间的界面相容性很差。苎麻纤维经TDI（结构式如右图）处理后，苎麻上的亲水性基团（羟基）将会与异氰其反应，使亲水性基团封闭（苎麻的亲水性基团被封闭，处理后的苎麻纤维不仅保留了本身麻的性能，还有合成聚合物支链赋予的新性能，如耐磨性、 粘附性等等），以致于在制备复合材料时苎麻纤维与树脂基体之间形成粘着键，从而增强了二者的界面粘结，提高复合材料的性能。三、复合材料性能测：3.1 采用扫描电镜(SEM)、电子万能拉伸试验机等分析测试手段对复合材料力学性能和断口进行了测试分析。 3.2 SEM断口图分析原则： (1) 如果断口面比较平滑，则说明复合的力学性能比较差，发生的脆性断裂，TDI改性苎麻纤维增强聚乙烯复合材料的拉伸强度和模量不高； (2) 如果复合材料拉伸断裂面的断口面很不平滑，很毛糙，则说明复合材料断裂时发生的是韧性断裂，改性苎麻纤维增强聚乙烯复合材料有较高的拉伸强度和模量。四、预期结果：(1) 苎麻纤维经过TDI接枝改性后,其复合材料界面性能明显改善。(2) 接枝后苎麻和苎麻纤维/PE复合材料拉伸断裂面的断口面不平滑，很毛糙。(3) 接枝后苎麻和苎麻纤维/PE复合材料拉伸性能、冲击强度和韧性等等力学性能明显提高;六、 结束语 在科学技术日益发过、环境保护意识日益增强的今天， 麻纤维增强复合材料以其独特的优势越来越受到人们关注， 它主要有以下特点是苎麻纤维密度小，比刚度和比强度较大、成型工艺性能好、材料性能可以设计、抗疲劳性能好 、减振性能好、热稳定性好。 不过苎麻纤维增强复合材料还存在一些问题， 如复合材料的界面性能通过物理和化学作用虽有所改善， 但其冲击韧性有所下降，拉伸时的断裂应变很小；再者，我们的加工工艺多以注塑成型为主，操作时很容易