竹浆纤维ATRP改性对复合材料性能影响的研究

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竹塑复合材料近年来发展迅速,它是由竹纤维或竹粉作为增强材料,树脂作为基体,经过高温、高速混合,成型加工而制得的一种复合材料。这种材料兼得了竹材与树脂塑料的性能特点,是一种绿色环保型复合材料,因而具有良好的发展前景。界面结合强度低一直是竹塑复合材料研究的核心问题,这对竹塑复合材料的各项性能有很大的影响,制约了材料的应用与推广。本文采用电子活化再生原子转移自由基聚合法(AGET-ATRP),在竹浆纤维表面接枝含有双键的聚合高分子单体,改善纤维表面的极性,增强竹浆纤维与塑料的表面结合性。采用2-溴异丁酰溴(BIBB)为引发剂,四氢呋喃为溶剂,反应时间24h,反应温度60℃,制备了竹浆纤维大分子引发剂。然后又以聚异戊二烯为单体,溴化铜(CuBr2)/五甲基二乙烯三胺(PMDEETA)为催化体系,抗坏血酸(VC)为还原剂,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,采用AGET-ATRP法,反应时间6h,反应温度30℃,来接枝改性竹浆纤维。采用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)等来对原竹浆纤维,竹浆纤维大分子引发剂以及接枝改性后的竹浆纤维进行分析表征,并通过扫描电镜(SEM)更直观的观测分析了改性前后竹浆纤维表面形貌的变化,表明了聚异戊二烯单体成功接枝到了竹浆纤维表面。在此基础上,将接枝改性后的竹浆纤维与聚苯乙烯(PS)、环氧树脂(EP)等塑料混合制备复合材料,竹浆纤维添加比例分别为0、5%、10%、15%、20%、25%。聚苯乙烯为热塑性塑料,而环氧树脂为热固性塑料,选用两种材料具有代表性。两种材料的形态不同,所以采取不同的制备方法,聚苯乙烯和改性的竹浆纤维采用高速混合机混合,然后通过平板硫化机进行压板;而环氧树脂和改性的竹浆纤维通过捏合机混合,然后再通过平板硫化机压板,最后通过材料万能试验机来测定两种材料的拉伸、弯曲等物理性能。并通过扫描电镜对材料断裂形貌进行表征分析,运用热重分析仪(TGA)对其进行热力学分析。结合力学性能、SEM,TGA等分析,表明竹浆纤维经过接枝改性后,能有效改善其与树脂塑料之间的界面结合性。以上是采用化学方法中的接枝改性方法,来改善纤维与树脂之间的相容性,本文最后做了相应的对比实验,直接通过3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)作为偶联剂,将竹浆纤维和树脂混合制备复合材料,偶联剂起到一个“桥梁”的作用,增加了纤维和树脂之间的相容性。最后通过材料万能试验机的测试分析,得出结果,与之前实验结果进行比较,得出添加偶联剂对材料的机械性能提高远小于改性纤维的性能提高,这表明接枝改性的方法优于添加硅烷偶联剂方法。
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