黄麻纤维的表面处理及其增强衣康酸环氧复合材料的性能

摘要

由于目前越来越严重的环境污染和资源紧缺的问题，市场把目光放到了可降解的生物质来源树脂基复合材料上。生物基复合材料是指基体和增强体都来自于生物质复合而成的材料，是由基体、增强体以及界面三部分组成，使用的基体是EIA树脂，增强体是Jute，制备Jute/EIA复合材料。
　　首先本文旨在研究纤维表面处理对黄麻纤维增强衣康酸基环氧树脂复合材料性能的影响。分别探究了适合于黄麻纤维的最佳表面处理方式以及不同浓度的氢氧化钠水溶液和硅烷偶联剂溶液以及结合两种表面处理方式处理对黄麻纤维对复合材料性能的影响。研究结果表明，将黄麻纤维碱处理(AT)能刻蚀纤维的表面，提高黄麻纤维表面的粗糙度，氢氧化钠的浓度为5％时的处理效果最佳;硅烷偶联剂处理(ST)使的纤维表面增加了许多活性官能团，同时也改善了纤维的吸水性，降低了表面极性，当浓度为5％时，黄麻纤维被处理的效果最明显;结合两种表面处理方式(AST)，氢氧化钠和硅烷偶联剂的浓度同时为5％时，处理效果最好。经表面处理的Jute/EIA复合材料不论是在力学性能还是界面性能都远好于未处理的Jute/EIA复合材料。
　　其次，本文旨在研究将纤维素纳米晶(CNCs)引入到表面处理的黄麻纤维增强衣康酸基环氧树脂复合材料中对其性能的影响。通过采用纤维素纳米晶(CNCs)作为纳米增强材料改性EIA环氧树脂，使用改性后的环氧树脂(CNCs-EIA)作为基体，经最佳处理方式处理的黄麻纤维(AST-JF)作增强体，制备AST-JF/CNCs-EIA复合材料。分别探究了不同浓度的纤维素纳米晶对衣康酸基环氧树脂和黄麻纤维增强衣康酸基环氧树脂复合材料性能的影响。研究结果表明，引入CNCs后，AST-JF/CNCs-EIA复合材料的力学性能和界面性能都有了很大的提高。由于CNCs表面具有大量的羟基和羧基官能团和比表面积大，引入到EIA树脂中可以在树脂表面包覆一层纳米粒子与黄麻纤维的物理接触和化学键合更紧密。其中，当CNCs的浓度为0.5％时，EIA与Jute结合的最紧密。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 生物基树脂及其复合材料概述

1．2．1 生物基树脂

1．2．2 生物基树脂复合材料

1．3 天然纤维及其复合材料

1．3．1 天然纤维概述

1．3．2 天然纤维复合材料

1．3．3 天然纤维的表面处理对复合材料性能的影响

1．4 纳米粒子的层间増韧

1．5 论文的目的和意义及研究的主要内容

第二章 实验部分

2．1 实验原料及设备

2．2 样品的制备及实验过程

2．2．2 黄麻纤维的硅烷偶联剂处理

2．2．3 黄麻纤维的碱和硅烷偶联剂联合处理

2．2．4 纤维素纳米晶加入到衣康酸基环氧树脂中

2．2．5 EIA环氧浇注体的制备过程

2．2．6 单向黄麻纤维增强衣康酸基环氯树脂复合材料的制备过程

2．3 材料的表征方法

2．3．2 材料的扫描电镜测试

2．3．3 材料的红外和XPS分析

2．3．4 材料的机械性能的表征

2．4 本章小结

第三章 衣康酸基环氧树脂固化工艺及其性能

3．1 前言

3．2 衣康酸基环氧树脂和DETDA固化体系的固化工艺的确定

3．3 EIA和E51的性能对比

3．4 本章小结

第四章 黄麻纤维增强衣康酸基环氧复合材料界面性能研究

4．1 前言

4．2 表面处理对黄麻纤维的结构和性能影响

4．2．1 碱处理对黄麻纤维的热失重性能的影响

4．2．2 表面处理对黄麻纤维的表面结构及化学活性的影响

4．2．3 不同表面处理对黄麻纤维与EIA树脂的浸润性的影响

4．2．4 表面处理对黄麻纤维增强EIA复合材料的力学性能影响

4．2．5 表面处理对黄麻纤维增强复合材料界面性能的影响

4．3 本章小结

第五章 纤维素纳米晶层间增韧黄麻纤维／EIA复合材料的研究

5．1 前言

5．2 纤维素纳米晶结构和性能的阐述

5．3 纤维素纳米晶接枝改性衣康酸基环氧树脂

5．3．1 纤维素纳米晶在衣康酸基环氧树脂中的分散状况

5．3．2 纤维素纳米晶对衣康酸基环氧树脂的力学性能的影响

5．4 纤维素纳米晶对黄麻／EIA复合材料力学性能的影响

5．5 纤维素纳米晶对黄麻／EIA复合材料界面性能的影响

5．6 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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