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绿色环保复合材料不仅具有绿色环保性,还具有其它复合材料所具有的强度高,韧性好且质轻的特性。而且绿色复合材料还具有废弃后容易处理的显著特点。随着复合材料的发展,其应用已经进入很多场合,包括建筑材料、汽车装饰设计及家用等。本文选择环保性能较好的竹原纤维作为增强材料,聚乳酸长丝作为树脂基体研究针织结构复合材料,旨在满足于当今社会绿色发展的要求,为社会发展需求提供新的绿色材料。
本课题主要包括以下四个部分:竹原纤维的碱处理及其作用分析;针织结构预制件的编织及其力学性能研究;复合材料的制备;复合材料的力学性能及其降解性能的研究。
由于目前很多复合材料都出现增强纤维和树脂基体并不能很好的粘结的问题,使得复合材料的力学性能并不能达到设计人员的期望。原因一是由于纤维和基体之间存在着分子基团的差异,例如亲水基团;二是树脂不能完全浸润。本课题借鉴碱溶液对植物纤维增强复合材料的界面处理,参考相关文献对竹原纤维进行碱处理,碱浓度为4%、4.5%、5%、5.5%。常温下在碱溶液中浸泡30分钟,取出后水洗并浸泡10分钟以除去部分碱液,之后自然晾干。通过纱线的拉伸测试表明:当浓度为4.5%时纱线强力最大。由于5.5%碱处理的纱线较为硬脆,不适宜针织物的编织。因此选择碱浓度为4%、4.5%、5%为对比测试浓度。依据电脑横机针号要求及参考植物纤维增强复合材料中纤维组分比例进行材料组分优化设计,确定竹原纤维和聚乳酸长丝质量百分比近似为35:65、45:55、55:45、65:35。按照上述比例组分选用电脑横机编织了满针罗纹针织结构预制件,并对各种预制件进行了力学性能的测试,包括织物拉伸、项破测试。通过对实验数据比较分析得到力学性能较高的是经4.5%碱浓度处理、PLA与竹原纤维质量分数比为45:55的织物。参考植物纤维增强聚乳酸复合材料的制备工艺及多次的小样制备,得到较为合适的复合材料制备工艺,并将编织的针织结构预制件分别制备形成复合材料板材,通过对制得的复合材料板材进行拉伸、弯曲、冲击、耐火和土埋降解性能的研究,结果表明其最优值分别为C32、C32、C33、D33组和碱处理浓度5%的复合材料。通过对复合材料的TGA分析测试,确定复合材料的最高使用温度为300℃;竹原纤维/PLA针织结构复合材料土埋降解质量损失率最高在35%左右,比淤泥降解速率稍低,在处理操作方面土埋降解具有简洁方便的优点。