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木纤维的复合改性及其增强的不饱和聚酯复合材料研究

作　者: 张慧慧
导　师: 崔益华
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 应用化学
关键词: 木纤维 不饱和聚酯 复合材料 界面 力学性能 吸水性能
分类号: X705
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


为了改善木纤维增强不饱和聚酯复合材料（WRUPCs）的界面相容性，本文分别采用丙烯酸（AA）、丙烯酸/甲基丙烯酸甲酯(AAM)、丙烯酸/硅烷（AAS）等三种方法对木纤维表面进行改性处理，对改性后的木纤维进行了红外光谱分析、悬浮性测试和吸湿性能表征。将改性处理后的木纤维与不饱和聚酯树脂复合，制备了WRUPCs试样，对其进行了拉伸、弯曲和冲击等力学性能测试和吸水性能表征。通过对试样冲击断口形貌的观察，研究了复合材料的界面结合特点及破坏机理。结果表明，以上三种处理方法中AAS处理的效果最好。当采用浓度为0.2mol/L的丙烯酸溶液和质量浓度为0.5%的硅烷/乙醇溶液处理木纤维时，木纤维在蒸馏水中的悬浮时间最长，吸湿率最低。对于AAS（0.2mol/LAA，0.5%硅烷）改性处理的木纤维，当其含量为16%时，复合材料具有较高的力学性能，与未处理、AA处理和AAM处理的复合材料相比，拉伸强度分别提高了13.4%、6.9%和4.9%，弯曲强度分别提高了26.7%、15.1%和11.7%，冲击韧性分别提高了16.7%、9.8%和1.8%。通过WRUPCs的微观结构分析发现，与未处理的WRUPCs相比，改性后木纤维与不饱和聚酯树脂（UPR）的界面结合性能得到显著改善，经过AAM和AAS复合处理的木纤维与UPR的界面结合强度高于AA处理的复合材料，但纤维拔出和界面脱粘仍是此类复合材料的主要破坏形式。吸水性能研究表明：与未处理的WRUPCs相比，改性处理的复合材料吸水876h后，AA处理、AAM处理、AAS处理的WRUPCs其吸水率分别降低了10.1%、14.5%、29.0%。吸水后的复合材料拉伸强度和弯曲强度有所降低，冲击韧性呈现先升高后降低的趋势。当吸水864h时，AA处理、AAM处理、AAS处理的WRUPCs其拉伸强度保持率分别为84%、85%和91%，弯曲强度保持率分别为85.7%、86.9%和89.9%，冲击韧性保持率分别为90.2%、92.7%和92.9%。吸水会导致木纤维膨胀、复合材料界面脱粘，这也是复合材料力学性能下降的主要原因。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章 绪论  11-27
  1.1 不饱和聚酯树脂基复合材料  11-15
    1.1.1 不饱和聚酯树脂概述  11
    1.1.2 UPR 的增韧改性  11-14
    1.1.3 UPR 的增强改性  14-15
  1.2 天然纤维复合材料  15-17
  1.3 木纤维/UPR 复合材料  17-18
  1.4 木纤维的表面改性方法  18-24
    1.4.1 物理改性  18-20
    1.4.2 化学改性  20-24
  1.5 研究目的和意义  24-25
  1.6 研究方法及技术路线  25-27
    1.6.1 研究方法  25
    1.6.2 技术路线  25-27
第二章 木纤维的表面改性研究  27-38
  2.1 实验材料及设备  27-28
    2.1.1 实验原料与试剂  27
    2.1.2 仪器设备  27-28
  2.2 木纤维的表面改性处理  28-29
    2.2.1 AA 处理  28
    2.2.2 AAM 处理  28
    2.2.3 AAS 处理  28-29
  2.3 性能测试与表征  29-30
    2.3.1 红外光谱分析  29
    2.3.2 悬浮性能测试  29
    2.3.3 吸湿性能测试  29
    2.3.4 表面微观分析  29-30
  2.4 结果分析  30-37
    2.4.1 红外光谱分析  30-33
    2.4.2 悬浮性能  33-35
    2.4.3 吸湿性能  35-36
    2.4.4 表面微观分析  36-37
  2.5 本章小结  37-38
第三章 WRUPCS 的制备及力学性能研究  38-58
  3.1 实验原料及仪器设备  38
  3.2 试样制备  38-39
    3.2.1 配方设计  38-39
    3.2.2 原料的混合  39
    3.2.3 制备试样  39
  3.3 WRUPCS 的力学性能测试  39-40
    3.3.1 拉伸强度测试  39-40
    3.3.2 弯曲性能测试  40
    3.3.3 冲击韧性测试  40
  3.4 WRUPCS 的微观结构分析  40-41
  3.5 结果分析  41-54
    3.5.1 未处理 WRUPCs 的力学性能  41-43
    3.5.2 AA 处理对 WRUPCs 力学性能的影响  43-46
    3.5.3 AAM 处理对 WRUPCs 力学性能的影响  46-48
    3.5.4 AAS 处理对 WRUPCs 力学性能的影响  48-51
    3.5.5 不同改性处理对 WRUPCs 力学性能影响比较  51-54
  3.6 WRUPCS 的微观结构分析  54-57
  3.7 本章小结  57-58
第四章 WRUPCs 吸水性能的研究  58-67
  4.1 吸水性能概述  58-60
  4.2 试样制备  60
  4.3 吸水性能的表征  60-61
    4.3.1 吸水率  60
    4.3.2 厚度膨胀率  60
    4.3.3 水分扩散系数  60-61
    4.3.4 接触角  61
    4.3.5 力学性能  61
  4.4 结果分析  61-65
    4.4.1 吸水率  61-62
    4.4.2 厚度膨胀率  62-63
    4.4.3 水分扩散系数  63
    4.4.4 接触角  63-64
    4.4.5 力学性能  64-65
  4.5 本章小结  65-67
第五章 结论与展望  67-69
  5.1 总结  67-68
  5.2 展望  68-69
参考文献  69-75
致谢  75-76
在学期间的研究成果及发表论文  76

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