免费论文：植物纤维复合工艺性及其复合材料制备研究

植物纤维因其环保性能、可再生性能近年来受到越来越广泛的关注。但是植物纤维表面极性大、亲水性强，且易燃烧，因此，植物纤维在与基体树脂复合前，通常要进行表面改性处理，以降低其吸水性、增强与低极性基体树脂的相容性。本论文在课题组已有研究的基础之上主要测试了苎麻纤维渗透率及可压缩性等纤维工艺性能，同时研究了植物纤维/酚醛树脂复合材料层板的弯曲、湿热性能，为探究其成型工艺和工艺参数对制件的成型质量控制奠定基础。本论文以苎麻纤维为代表，首先研究了苎麻纤维织物的物理结构特征。结果表明，阻燃剂处理后纱线内苎麻纤维直径收缩，表面残存磷类物质；硅烷处理后空隙增大，纤维表面颗粒状凸起增多，十分粗糙，纱线变得较为松散。而NaOH处理后使苎麻纤维表面产生鳞片状粗糙结构，纱线表面的毛刺减少。在此基础上，针对植物纤维有别于传统合成纤维的结构特征，研究了苎麻纤维织物的工艺性能。利用实验室自行设计组装的集束渗透测试装置和厚度方向渗透测试装置，测试了苎麻纤维集束轴向和厚度方向的渗透性能，并探究了体积分数、渗透液体等因素对纤维集束轴向渗透性能的影响。对于厚度方向渗透性能，通过计算得到渗透流动中的动态毛细压力和织物厚度方向上的渗透率，探究了体积分数、表面处理方式等因素对织物厚度方向渗透性能的影响。结果表明，体积分数增大时，苎麻纤维集束轴向渗透率减小，而渗透流动中的动态毛细压力增大，并且在渗透过程中，毛细压力与外加真空压力起协同作用，纤维体积分数较低时，毛细压力起阻碍渗透进程的作用，体积分数较高时，毛细压力起促进作用。同时，研究了苎麻纤维织物的可压缩性能，并且考虑了润湿状况、层数、纤维处理方式等对苎麻织物可压缩性能的影响。结果表明，不同润湿介质对纤维床可压缩性能的影响不同，并且经过表面处理后，纤维床的可压缩性能发生了变化。在苎麻纤维织物物理表观性能研究的基础之上，进一步研究了苎麻纤维纱线的拉伸性能及断裂机制以及与树脂复合后的微观界面性能，考察了表面处理、浸渍树脂等因素对苎麻纤维拉伸性能及断裂机制的影响。并且，采用热压工艺制备复合材料层板，考察了树脂体系、表面处理及吸湿对植物纤维复合材料层板性能的影响。结果表明，苎麻纱线的拉伸断裂为多次断裂的复合破坏模式。树脂在低黏度状态能很好地浸渍剑麻纤维，填充纱线内部孔隙，使纱线的拉伸强度下降，拉伸模量增大。对于植物纤维复合材料层板而言，经过硅烷偶联剂处理后，苎麻纤维/酚醛树脂复合材料层板的弯曲强度由未处理的139.23MPa提高到146.89MPa，弯曲模量也由9.03GPa提高到了10.18GPa。同时，经过30小时吸湿处理后，苎麻纤维/酚醛树脂复合材料层板的力学性能均有所下降。综上所述，本文围绕植物纤维异于传统合成纤维的独特结构特征，考察了植物纤维的工艺特性，并在揭示了植物纤维拉伸断裂和界面脱粘的机制及影响拉伸性能和界面性能的关键因素同时，又结合热压工艺初步考察了植物纤维复合材料层板性能的影响因素。

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