植物纤维表面改性增强环氧树脂复合材料研究进展

天然植物纤维增强环氧树脂复合材料是近年来得到快速发展的一种绿色、低碳的环境友好型复合材料。植物纤维与环氧树脂基体之间的界面性能提升得到越来越多人的关注。本文主要综述了植物纤维增强环氧树脂界面改性研究进展。从物理改性、化学改性以及其他改性方式对国内外植物纤维增强环氧树脂的界面性能相关研究进行了总结,以期为植物纤维增强环氧树脂的高值化利用开拓思路。

环氧树脂/多巴胺增强芳纶纤维界面性能

由于芳纶纤维表面光滑且呈现化学惰性,与环氧树脂等基体材料结合后界面性能较差。为此,采用多巴胺在不同时间下对改进型芳纶Ⅲ纤维表面进行改性处理,并研究了对环氧树脂/多巴胺改性芳纶纤维界面性能的影响。对扫描电子显微镜对纤维改性前后表面形貌进行表征,发现纤维改性后表面粗糙度提高,利于与环氧树脂间界面结合。利用傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱对纤维改性前后基团和表面元素含量进行表征,改性后纤维表面活性基团增加,极性增强。通过热重分析表明聚多巴胺成功吸附在纤维表面。测量纤维表面接触角,改性后的接触角更小,有利于环氧树脂润湿纤维。采用横向丝束复合材料的拉伸强度表征环氧树脂/芳纶纤维的界面性能。最终确定了多巴胺浓度为2 g/L,在多巴胺溶液中处理4 h为最佳条件,在该条件拉伸强度比为改性前提高了28.06%,拉伸弹性模量提高了14.68%。

界面改性对钛酸铅/环氧树脂压电复合材料性能的影响

采用KH－550对钛酸铅（PT）粉末进行表面处理，通过对PT／环氧树脂和处理PT／环氧树脂两种压电复合材料的压电应变常数、耐热性和耐冲击强度的测定和对比，研究了界面改性对压电复合材料的压电性能的影响结果表明：通过界面改性，可以明显提高复合材料的耐热性和耐击穿强度，而对饱和极化时的压电应变常数无影响．

KH 560表面改性纳米BaTiO_3/环氧树脂压电复合材料

采用硅烷偶联剂KH 560对纳米BaTiO_3进行表面改性,并将其与环氧树脂E20经球磨共混后,在咪唑类固化剂作用下固化成型,制得高分子压电复合材料。研究了固化剂种类及用量、固化温度、固化时间、纳米BaTiO_3用量对复合材料性能的影响,并研究了该复合材料的拉伸强度、热稳定性和压电性能。结果表明,当采用2-甲基咪唑作固化剂,且2-甲基咪唑的量∶环氧值=0.6时,在室温真空下继续脱泡12 h后,在50℃固化0.5 h,然后于120℃固化2 h获得的复合材料力学性能较佳。复合材料的拉伸强度、热分解温度都随着改性BaTiO_3用量的增加而升高。复合材料介电常数最高为52 F/m,且随着扫描频率的升高介电常数逐渐降低,但介质损耗较低(损耗角正切小于1.5),具有较好的压电性能。

钛酸铅-环氧树脂压电复合材料的制备

为了制备高体积填充率的钛酸铅－环氧压电复合材料，本文采用了将环氧树脂的丙酮稀溶液与钛酸铅细粉混合再抽真空除去溶剂的方法，这样有利于环氧树脂与钛酸铅进行良好的、均匀的复合，大大减少了界面气孔，所制得的复合材料钛酸铅填充率高（体积填充率达７０％），复合材料表面光滑无宏观缺陷。压电性能测定结果表明：极化条件不同，ｄ３３的值也不同，介电常数ε３３均为４３。，样品能够达到稳定极化的最佳ｇ３３的值为：２３．１×１０－３Ｖ·ｍ·Ｎ－１。

植物纤维增强环氧树脂复合材料界面改性研究进展

【目的】植物纤维增强环氧树脂复合材料可设计性强、比强度高,还兼备生态友好、原料来源丰富、制造成本低廉等优势,已得到广泛应用。但相对于传统的合成纤维和矿物纤维,植物纤维的表面羟基具有极性和亲水特性,其与环氧树脂基体间的界面相容性差,影响了界面与两侧单元之间应力传递,造成产品的力学性能与耐久性较差,最终引起材料受载荷作用时易发生分层、断裂现象,限制了此类材料进一步发展与应用,因此界面改性技术是植物纤维增强环氧树脂复合材料发展与应用的关键技术瓶颈。【方法】综述了近几年国内外植物纤维增强环氧树脂界面改性方法的研究进展,并将界面改性方法归纳为植物纤维改性、界面填充、环氧树脂改性三大类,具体的改性方法包括碱处理改性、乙酰化改性、界面耦合改性、高锰酸盐改性、热处理、离子蚀刻处理、纳米粒子改性和环氧树脂稀释等。【结果】其中以覆盖或减少植物纤维表面羟基、增加植物纤维的比表面积为主要改性方法开展详细论述,并阐述了界面填充改性和环氧树脂改性的界面改性技术。【结论】总结了各类改性方法对复合材料力学性能的增强效果,提出了植物纤维/环氧树脂界面研究中面临的问题与展望,包括植物纤维单元体系化研究、环氧树脂固化剂多样化选择、植物纤维微观测试手段精细化支撑和静/动载力学协同化分析等,以期为植物纤维增强环氧树脂复合材料的界面改善与发展提供参考。

自组装蒙脱土-碳纳米管对玻纤增强复合材料力学及界面性能的影响

为改善玻璃纤维复合材料的界面性能,本文先将一维管状多壁碳纳米管(MWCNTs)与二维层状蒙脱土(Mt)自组装形成蒙脱土-碳纳米管(Mt-MWCNTs)杂化纳米材料,再将其负载于玻璃纤维织物表面;最后通过真空袋压成型法制备含Mt-MWCNTs环氧复合材料。结果表明:MWCNTs能够抑制Mt堆叠,而Mt能提高MWCNTs分散,层状Mt和管状MWCNTs可协同增强增韧复合材料;相比于空白对比样,含Mt-MWCNTs环氧复合材料的层间剪切强度提高了约28%,拉伸强度及模量分别提升约24%和25%,弯曲强度及模量分别提升了约19%和23%;玻璃化转变温度提高了近5℃。

氨基化石墨烯-玻璃纤维增强环氧复合材料的界面黏合性研究

为提升玻璃纤维增强环氧复合材料(GFRE)的界面黏合性,本文先将脂肪二胺共价键合于氧化石墨烯表面得到氨基化石墨烯,再将其负载于玻璃纤维得到氨基化石墨烯-玻璃纤维预制体;最后通过真空辅助树脂灌注工艺制备氨基化石墨烯-玻璃纤维增强环氧复合材料。结果表明:适当烷基链长的脂肪二胺改性氧化石墨烯有助于提升复合材料的界面黏合性,而过长烷基链削弱了复合材料的界面黏合强度;相比于纯GFRE,经辛二胺改性氧化石墨烯所得复合材料的性能最佳,其中层间剪切强度提高了约35%,拉伸强度及模量分别提升了约37%和28%,弯曲强度及模量分别提升了约32%和43%;玻璃化转变温度提高了近9℃。

POSS/GO复合接枝碳纤维/环氧树脂复合材料性能研究

在碳纤维表面逐层接枝多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)和氧化石墨烯(GO)后,将其用于增强环氧树脂(CF/EP)制得复合材料,采用扫描电子显微镜、接触角测试和X射线光电子能谱等研究了POSS和GO复合接枝碳纤维对CF/EP复合材料力学性能的影响。结果表明,POSS和GO可以显著提高碳纤维的表面活性和比表面积,改善树脂与碳纤维的浸润性、反应性和机械啮合作用,从而提高复合材料的界面性能和力学强度。相比未改性碳纤维复合材料,POSS/GO复合接枝改性碳纤维复合材料的层间剪切强度(ILSS)提高了98.3%,弯曲强度提高了95.7%。

纳米改性环氧树脂增强CFRP-混凝土体系粘结及滑移性能研究

为研究TiO_(2)/有机蒙脱土(OMMT)/环氧树脂(EP)复合材料对CFRP-混凝土界面粘结及滑移性能的影响,对TiO_(2)/OMMT/环氧复合材料配比进行优化并将其应用于CFRP-混凝土体系的双搭接剪切实验。结果表明:在OMMT/EP复合材料中加入适量的纳米TiO_(2)可显著提高蒙脱土的剥离程度,当填料(TiO_(2)+OMMT)的质量分数为2%时,复合材料的拉伸强度、断裂伸长率以及冲击强度分别为纯环氧树脂的153.06%、159.09%和159.19%。作为胶粘剂用于CFRP-混凝土体系时,TiO_(2)/OMMT/EP复合材料增强了纤维与混凝土基体之间的界面附着力及载荷传递,从而提高了界面的极限承载力。与纯环氧树脂双剪试件相比,CFRP-混凝土界面的粘结强度和界面断裂能分别提升了129.83%和168.82%。引入纳米改性胶粘剂/CFRP-混凝土界面粘结综合影响系数α,建立了相应的CFRP-混凝土界面粘结-滑移模型,模型的计算曲线与实验曲线吻合较好。