纤维含量对黄麻纤维增强树脂基复合材料力学与热性能的影响

作者：何莉萍^*; 刘龙镇; 苏胜培; 夏凡; 侯淑娟

来源：复合材料学报, 2023, 40(04): 2038-2048.

DOI：10.13801/j.cnki.fhclxb.20220802.001

• 麻纤维
• 纤维含量
• 复合材料
• 力学性能
• 结晶行为
• 界面
• 热变形温度
• 线膨胀系数

为研发低碳、节能、性能优异的麻纤维增强树脂绿色复合材料并扩展其应用领域，本文采用团队发明的氨基硅油乳液对黄麻纤维(JF)进行表面改性，运用开炼-注塑成型复合工艺研制了纤维含量为10wt%～25wt%的改性黄麻纤维增强聚丙烯(JF/PP)新型复合材料，系统全面地研究了改性麻纤维含量对JF/PP复合材料力学性能、结晶行为、耐热性能(热变形温度)及热尺寸稳定性(线膨胀系数)的影响规律及相关作用机制，并采用接触角测试分析与SEM技术分析了复合材料界面相容性与结合状态。结果表明：氨基硅油乳液改性JF，增强了JF与PP基体的界面结合力。随着纤维含量的增加，JF/PP复合材料的拉伸和弯曲强度逐渐增加，而冲击强度则有所降低。DSC、热变形温度和线膨胀系数测试分析表明，添加改性JF能够促进PP异相成核，并限制PP分子链的运动能力，从而提高JF/PP复合材料的耐热性能，且随着纤维含量增加，耐热性能呈不断上升趋势。当改性JF含量为25wt%时，JF/PP复合材料的热变形温度为142.5℃，较纯PP提高了53.5%。同时，复合材料平均线膨胀系数随纤维含量增加而明显降低，表明复合材料的热尺寸稳定性显著提高。相比纯PP，含量为25wt%时的复合材料的平均线膨胀系数在平行流道方向下降了73.2%，垂直流道方向则下降了14.4%，存在各向异性。纤维含量为15wt%和20wt%时，改性JF/PP综合力学和热性能相对更优。

• 单位
  汽车车身先进设计制造国家重点实验室; 化学化工学院; 湖南大学; 湖南师范大学