树脂热固化进程及麻纤维热处理对树脂基复合材料的影响

摘要

能源危机及环境问题，促使人们广泛研究植物纤维复合材料部分替代化纤在生产和生活中的应用。苎麻纤维是一种可再生、来源广、轻质廉价、可降解的植物纤维，同时比强度和比模量高，综合力学性能优异，日益成为人们研究的热点。但其在高温时易分解且具有较强的极性，影响了其复合材料的应用。　　本研究选取酚醛树脂作为基体材料，研究了预固化温度不同(130℃-2h，155℃-2h，180℃-2h)对酚醛树脂及苎麻纤维增强酚醛树脂复合材料(RFRP)性能的影响。通过热机械分析仪(TMA)原位连续测试跟踪热固性树脂的动态变形来评价固化进程。测试结果表明，酚醛树脂在一定条件下热处理固化后，固化并不充分。随着测试的连续进行，酚醛树脂进一步固化，表观玻璃化温度(Tg)移至更高温度。130℃-2h的酚醛树脂第1次测试的Tg为127℃，第4次测试时Tg为200℃，升高了73℃。并且随着预固化温度的升高，酚醛树脂固化更充分，130℃-2h的RFRP储能模量在测试区间内变化特别大，变化了21MPa，而155℃和180℃的固化条件下差异不大，仅分别变化了6.3MPa和3.1MPa。在测试起始温度28℃时，130℃-2h、155℃-2h和180℃-2h的RFRP其储能模量相比于酚醛树脂分别提高了31.94%、30.52%和20.22%。由SEM图可以观察到纤维与树脂结合紧密，纤维欲拉出时纤维表面有残留的树脂。　　同时研究了热处理温度不同对苎麻纤维及复合材料性能的影响，发现随着热处理温度的升高，苎麻纤维的颜色逐渐变深，且其得到的复合材料热膨胀系数(CTE)逐渐减小，经120℃、150℃和180℃处理得到的苎麻纤维复合材料相比于未处理的苎麻纤维复合材料其CTE分别下降了11.02%、35.69%和54.09%，并且热处理后的苎麻纤维及其复合材料的热稳定性都有所改善。当采用不同的升温速率对复合材料进行动态力学性能测试时，发现升温速率越慢，复合材料的储能模量越高，动态力学性能越好。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 麻纤维简介

1.2.1 几种常见的麻纤维

1.2.2 麻纤维的组成及性能

1.3 麻纤维复合材料的应用

1.4 麻纤维表面改性

1.4.1物理改性法

1.4.2化学改性法

1.5 酚醛树脂

1.5.1 酚醛树脂的定义及分类

1.5.2 酚醛树脂的固化

1.6 复合材料的界面

1.6.1 界面层的形成及作用

1.6.2 界面作用机理

1.7.1 选题背景

1.7.2 研究内容

第2章 实验方法

2.1 实验原料和设备

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验设备

2.2 实验样品制备

2.2.1 苎麻纤维热处理

2.2.2 酚醛树脂及苎麻纤维增强酚醛树脂复合材料的制备

2.3 性能表征

2.3.1 热机械分析仪

2.3.2 热重分析仪

2.3.3 扫描电子显微镜

第3章 固化温度对苎麻纤维增强酚醛树脂的影响研究

3.1 引言

3.2 TMA同步增强固化对酚醛树脂动态力学性能的影响

3.3 TMA同步增强固化对RFRP动态力学性能的影响

3.4 预固化温度对酚醛树脂及RFRP动态力学性能的影响

3.4.1 预固化温度对酚醛树脂动态力学性能的影响

3.4.2 预固化温度对RFRP动态力学性能的影响

3.5 复合材料断面形貌的分析

3.6 酚醛树脂和复合材料的热性能

3.7 本章小结

第4章 热处理温度对苎麻纤维增强酚醛树脂复合材料的影响研究

4.1 引言

4.2 热处理温度对苎麻纤维颜色的影响

4.3 苎麻纤维及复合材料的热性能

4.3.1 热处理条件对苎麻纤维热性能的影响

4.3.2 热处理条件对RFRP热性能的影响

4.4 动态力学性能分析

4.5 热处理温度对RFRP膨胀行为的影响

4.6 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间所发表的学术论文