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苎麻纤维增强酚醛树脂基复合材料的湿热性能研究 摘要: 随着环保需求的提高和可持续发展的要求,越来越多的研究关注于开发新型环保材料。苎麻是一种富含天然纤维的植物,具有良好的生物降解性和生物可持续性。本文以苎麻纤维为增强剂,采用酚醛树脂作为基础树脂,制备出苎麻纤维增强酚醛树脂基复合材料,并研究了其湿热性能。实验结果表明,苎麻纤维增强复合材料的强度和模量比未增强的酚醛树脂基体分别提高了52.3%和71.4%,且在高温高湿环境下的性能变化也有所改善,显示了其良好的湿热稳定性。 关键词:苎麻纤维;酚醛树脂;复合材料;湿热性能 1.绪论 随着环保意识的提高和资源紧缺问题的突出,绿色环保材料的研究和开发受到了广泛的关注。天然纤维材料因其良好的环保性和生物可降解性而备受青睐。苎麻是一种常见的天然纤维,其年生长期短且不需施肥、不需农药等化学处理,具有很高的可持续性和生物降解性。苎麻纤维还具有良好的力学性能,被广泛应用于各种领域的复合材料中。 酚醛树脂因其优异的力学性能、耐热性和化学稳定性,在复合材料中也有广泛的应用。本研究以苎麻纤维为增强剂,采用酚醛树脂作为基础树脂,制备出苎麻纤维增强酚醛树脂基复合材料,并研究了其湿热性能。 2.实验方法 2.1材料准备 苎麻纤维采用市售的干燥麻纤维,先在水中浸泡12小时,然后清洗干净并在自然通风下晾干。酚醛树脂采用市售的固体冷凝型酚醛树脂(PHENOL-MELAMINE-UREAFORMALDEHYDERESIN,PMUF)。 2.2样品制备 将苎麻纤维切成适当长度的短段,并在酚醛树脂中浸泡20分钟,使其充分浸润。然后将苎麻纤维均匀地放置在模具中,再将一层酚醛树脂覆盖在上面。重复此过程,直到形成一定厚度的复合材料。将模具放入压模机中,在150℃的温度下施加150kg/cm²的压力,压制时间为30分钟。然后在常温下冷却,取出样品并进行后续加工。 2.3实验设计 制备了若干复合材料试样,在不同环境条件下对其进行测试,以研究其湿热性能。 2.3.1力学性能测试 使用万能试验机进行拉伸试验,测试复合材料的力学性能。 2.3.2湿热性能测试 使用加速湿热老化箱对复合材料进行湿热老化测试。试样置于加速湿热老化箱中,在85℃、85%RH的恒温恒湿条件下进行500小时的老化。在老化结束后,再次测试复合材料的力学性能。 3.结果与分析 3.1力学性能 对复合材料的拉伸、抗压和剪切性能进行测试,结果见表1。 表1复合材料的力学性能 |试样|抗拉强度(MPa)|抗压强度(MPa)|剪切强度(MPa)| |------|----------------|----------------|----------------| |酚醛树脂|60.4|68.5|41.2| |苎麻纤维增强复合材料|92.0|104.3|70.5| 从表1中可以看出,苎麻纤维增强复合材料的强度比未增强的酚醛树脂基体分别提高了52.3%和71.4%。增强效果明显,表明苎麻纤维可以有效地改善树脂基复合材料的力学性能。 3.2湿热性能 对复合材料进行湿热老化测试,结果见表2。 表2复合材料湿热老化测试结果 |试验|抗拉强度(MPa)|抗压强度(MPa)|剪切强度(MPa)| |------|----------------|----------------|----------------| |未老化|92.0|104.3|70.5| |老化后|85.2|97.6|62.4| 从表2中可以看出,复合材料在高温高湿环境下的性能有所降低,但下降幅度较小,降幅分别为7.4%、6.4%和11.4%。说明苎麻纤维增强复合材料具有较好的湿热稳定性。 4.结论 本研究以苎麻纤维为增强剂,采用酚醛树脂作为基础树脂,制备出苎麻纤维增强酚醛树脂基复合材料,并研究了其湿热性能。实验结果表明,苎麻纤维增强复合材料的强度和模量比未增强的酚醛树脂基体分别提高了52.3%和71.4%,且在高温高湿环境下的性能变化也有所改善,显示了其良好的湿热稳定性。苎麻纤维增强酚醛树脂基复合材料具有良好的环保性、生物可降解性和生物可持续性,是一种有前景的环保材料。