论文摘要
随着可持续发展主题的延伸,天然纤维增强复合材料以其价廉、环境友好及较高的力学性能成为高新技术材料研究中的新领域,在汽车、建筑等行业可与玻璃钢相媲美。天然纤维中,黄麻纤维属于韧皮纤维的一种,具有较高的比强度和比模量,作为复合材料的增强体具有广阔的应用前景;乙烯基树脂（vinyl esterresin）是一种新型的低粘度热固性树脂,它是由环氧树脂和含双键的不饱和一元羧酸加聚而成,兼有不饱和聚酯树脂与环氧树脂的优点,在国外被广泛用于玻璃纤维、碳纤维等高性能纤维的增强基。本课题以黄麻纤维针刺非织造物为增强体,Atlac580乙烯基树脂为基体,采用真空辅助树脂传递模塑法（Vacuum Assisted Resin Transfer Molding,VARTM）制备复合材料板材,并进行性能研究。文中首先对黄麻原麻纤维进行碱和双氧水两种预处理,以原麻和上述两种黄麻纤维为原材料,采用平行铺网的方式,采取相同的针刺工艺:铺网刺数为3刺、预针刺频率为550r/min、高频主针刺频率为850r/min,以及针刺深度为9mm,分别制备了原麻纤维针刺毡、碱预处理针刺毡以及双氧水处理针刺毡,并对三种针刺毡进行了基本参数的测定,包括厚度、定量及纵向拉伸性能,测试结果表明:预处理后黄麻纤维针刺毡的定量和厚度减小,但纵向拉伸强力提高,各基本参数的不匀系数降低。为了研究脱胶处理对复合材料力学性能的影响,以原麻纤维针刺毡为材料,分别对其进行两种不同程度的脱胶,并以原麻纤维毡和上述两种脱胶程度的纤维毡为增强体制备增强复合材料。研究结果表明,脱胶处理改变了乙烯基树脂对黄麻纤维毡的渗透速率,果胶杂质的去除在一定程度上提高了复合材料的力学性能,拉伸强度随着胶质含量的减少而呈逐渐增加的趋势,但残胶率为2.78%的黄麻纤维毡增强复合材料的弯曲强度相对于残胶率为4.51%麻纤维毡增强复合材料的强度反而有所下降,拉伸模量和弯曲模量的都随着脱胶程度的增加而增大,且弯曲模量的改变比较显著。经过初步研究知道,采取脱胶处理并不能从本质上解决黄麻纤维与乙烯基体树脂的界面相容性问题,因此本课题采用了碱、KMnO4、硅烷偶联剂A-151三种表面处理剂,分别对碱预处理黄麻纤维针刺毡进行表面改性。通过非织造物抽拔出的纤维的表面能测试,复合材料的拉伸、弯曲性能测试及断裂面扫描电子显微镜的观察探讨了表面处理对材料性能的影响。结果得知:碱和KMnO4都能改变黄麻纤维表面的粗糙程度,且KMnO4刻蚀的程度更大,增大了纤维与基体之间的物理机械结合力;偶联剂A-151的处理使基体与黄麻纤维表面形成了细胞壁的键接,并为纤维与乙烯基树脂的有效桥接提供了与基体反应相匹配的官能团,且力学性能提高最为显著,其中,拉伸强度和弯曲强度分别比未处理前提高了51.38%和77.46%。为尝试进一步提高复合材料的力学性能,本课题采用碳纤维分三层纵向铺层于双氧水处理黄麻纤维针刺毡中,通过建立黄麻/碳混杂增强复合材料的拉伸与弯曲数学模型对复合材料的力学性能进行理论预测与实际验证,同时制备了相同纤维含量的双氧水处理黄麻纤维针刺毡增强复合材料,分析了它们的力学性能。结果表明:混杂纤维针刺毡增强复合材料的理论值与实际值具有一定的吻合性,但仍有一定的偏差;碳纤维的加入极大地提高了混杂复合材料的拉伸强度与拉伸模量,但弯曲行为与弯曲模量无大变化。