VARTM制备麻纤维增强环氧树脂复合材料研究

李伟++黄虹云++吴永庆

摘要：通过对黄麻纤维热处理、碱处理、硅烷偶联剂处理和异氰酸酯处理进行表面改性，并对改性黄麻纤维布进行热压工艺处理，最后采用VARTM成型工艺制备黄麻纤维增强环氧树脂复合材料，并对其性能进行了系统研究.通过扫描电镜（SEM）分析表明，热处理和碱处理的黄麻纤维增强环氧树脂复合材料的界面粘结未得到明显改善，而通过硅烷偶联剂和异氰酸酯处理的黄麻纤维增强环氧树脂复合材料的界面粘结性能得到了显著的提高.将硅烷偶联剂和异氰酸酯处理的黄麻纤维布通过热压处理不仅可以增加复合材料中黄麻纤维体积含量，而且可以提高复合材料的综合性能，复合材料力学性能研究表明，经硅烷偶联剂处理后的黄麻纤维增强复合材料拉伸强度、模量和弯曲强度分别提高了18.6%，71.4%和50.2%.经异氰酸酯处理的黄麻纤维增强复合材料的拉伸强度、模量和弯曲强度分别提高了16.3%，34.0%和50.3%.

关键词：黄麻纤维；复合材料；热压工艺；硅烷偶联剂；异氰酸酯

中图分类号：TQ327.8 文献标识码：APreparation of Jute Fibers Reinforced Epoxy

Resin Composites by VARTM

LI Wei，HUANG Hongyun， WU Yongqing

（College of Materials Science and Engineering， Hunan Univ，Changsha，Hunan410082，China）Abstract： In this research， the jute fibers were first treated with heating， alkali， silane coupling agent and isocyanate respectively， then the jute fibers fabrics were treated with hot pressing process， and finally， the jute fiber reinforced epoxy resin composites were fabricated with VARTM molding process. Scanning Electron Microscopy （SEM） analysis shows that the interface bonding of jute fibers treated with heating and alkali reinforced epoxy resin composites has not been improved， but the interface bonding of composites has been significantly improved with the jute fibers treated with silane coupling agent and isocyanate. The hotpressing process can not only increase the jute fibers volume content in the composites but also improve the performance of composites by the jute fibers treated in advance with silane coupling agent and isocyanate. The mechanical properties of the composites show that tensile strength， modulus and flexural strength of the jute fiber treated with the silane coupling agent reinforced composite increase by 18.6%， 71.4% and 50.2%， respectively， and the tensile strength， modulus and flexural strength of the jute fiber treated with the isocyanate reinforced composite increase by 16.3%， 34.0% and 50.3%， respectively.

Key words：jute fiber；composites；hot pressing process；silane coupling agent；isocyanate

麻纤维是一种天然植物纤维，具有价格低廉、可生物降解、优良的力学性能等优点.相比于合成纤维，天然麻纤维具有更好的吸能效果，能制造出高性能的复合材料，可广泛地应用于汽车制造工业[1-2].

麻纤维种类较多，常见的麻纤维有苎麻[3]、黄麻、亚麻等.黄麻是最廉价的天然纤维之一，黄麻纤维纤维素质量分数约为57%～60%，单纤细度为15～18 μm，单纤长度为1.5～5 mm，因为单纤维短且长度参差不齐，故无法单纤维纺纱.黄麻纤维具有不规则的多边形混合截面，吸湿性和透湿性较苎麻要高2%～4.5%.其生物分解性好，初始弹性模量高，不起球，抗菌能力优异，生产成本低，因此具有很好的市场应用前景.

湖南大学学报（自然科学版）2015年第12期李伟等：VARTM制备麻纤维增强环氧树脂复合材料研究麻纤维由纤维素、半纤维素、木质素、果胶和脂肪蜡质组成，不同麻纤维组成有差别.麻纤维的主要成分为纤维素，纤维素分子结构中含有大量的羟基，故麻纤维表面极性较大，表现出强的亲水性，容易从空气中吸收水份，导致麻纤维与基体材料的界面结合不佳.而且天然麻纤维的大分子结晶度和取向度高，纤维外表面粗硬、无卷曲且勾结强度低.所以将麻纤维作为树脂基复合材料的增强材料时，一般需要对麻纤维进行表面改性处理[1，3-5].