随着社会可持续发展,玻璃纤维、碳纤维等纤维复合材料所引起的环境污染、能源耗费等资源环境问题已受到人们越来越多的重视。因其优良的力学性能、生产成本低廉、可生物降解等特点,竹原纤维表现出取代传统合成纤维的潜力。但由于这类天然纤维本身的亲水结构,在与聚合物基体复合时,极易造成界面相容性降低,导致复合材料承载能力退化。因此,界面调控成为改善复合材料性能的有效途径。碱处理的作用是通过溶解半纤维素、木质素及果胶等非纤维素物质,从而降低纤维的亲水性。鉴于此,本文首先采用1、4和7%三种浓度的氢氧化钠溶液对竹原纤维进行表面改性,并对不同情况下纤维的微观形貌、结晶度和比表面积进行比较分析,探讨碱浓度对纤维理化性能的影响。结果发现:随着碱浓度增加,纤维结晶度降低,纤维素晶型发生转变。同时,碱处理将导致竹原纤维表面孔洞和缝隙增加,粗糙度增大。但当碱浓度增加到7%时,过高的浓度会使材料表面产生损伤,引起纤维溶胀。本文还进一步分析了碱浓度对竹原纤维热固性复合材料(基体为环氧树脂)的拉伸性能、断裂形貌、结晶行为和热稳定性的影响。结果表明:碱处理有效地改善了复合材料的界面粘结能力:当碱浓度为4%时,强度达到最大值。与未处理时相比,增加了45.24%;但是浓度达到7%时,强度反而降低。此外,断裂伸长率随浓度增加而提高。由于纤维结晶度的下降,复合材料拉伸模量随着碱浓度的增大而减小。复合材料的玻璃化转变温度随着碱浓度的增大呈现出先增大后减小的趋势。当碱浓度为4%时,复合材料的玻璃化转变温度达到最大,比未处理时增加了7.13%。随着碱浓度增加,材料热稳定性也呈现出相同变化规律,并在碱浓度为4%时达到最佳。考虑到纤维含量是复合材料热机械性能的主要影响因素之一,本文制备了体积百分含量分别为0、30、50和70%的竹原纤维环氧树脂复合材料,探讨了纤维体积含量对这类热固性复合材料拉伸性能、动态热机械性能、玻璃化转变温度以及热稳定性的影响。结果表明:随着纤维含量增加,复合材料拉伸强度和断裂伸长率先增大后减小,它们在纤维体积含量为50%时达到最大;与树脂基体相比,两者分别增加了五倍和23.34%。此外,复合材料拉伸模量和储能模量也随着体积含量的增加而增大。在这种情况下,室温损耗模量的峰值增大,但其玻璃化转变温度和机械损耗因子反而下降。结果还表明:随着纤维加入,复合材料的热分解温度提高,其热稳定性得到提升。此外,基于单纤维拔出原理,本文采用纤维拔出和微滴脱粘两种实验技术对竹原纤维与环氧树脂的界面剪切强度(IFSS)进行测试分析,研究了碱浓度对复合材料界面力学性能影响,并结合界面形貌分析了纤维与基体的破坏机理。结果表明:碱处理增强了纤维与基体的机械锁合能力,改善了界面粘结程度,使得IFSS随着碱浓度的增大呈现出先增大后减小的趋势。当碱浓度为4%时,两种测试方法所测得的IFSS均达到最大,与未处理相比,分别增加了149.83%和100.61%。此外,碱处理会改变界面的破坏模式,即:未处理时,主要表现为纤维与基体发生脱粘,界面破坏;碱处理后,基体将先于界面产生破坏,说明纤维与基体粘结良好。最后,本文采用未处理与4%碱浓度处理的竹原纤维与聚乳酸复合制备出热塑性复合材料,研究了碱处理对竹原纤维聚乳酸基复合材料断裂形貌和热机械性能的影响,同时分析了界面相容性对复合材料的玻璃化转变温度、结晶温度、熔融温度等特征温度以及结晶度的影响机理。研究发现:碱处理改善了纤维与聚乳酸的界面相容性,使得复合材料拉伸强度、断裂伸长率分别提高了49.53%和84.61%。此外,碱处理还可以减少失重量,增强了复合材料的热稳定性。同时,复合材料的玻璃化转变温度和结晶温度在改性后得到增强,但其结晶度下降。本文以竹原纤维增强复合材料为典型代表,开展这类天然纤维材料热机械性能研究,旨在为绿色复合材料产品开发、性能优化提供必要理论依据和有力技术保障,进而促进这类新材料的应用推广。