竹纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能研究
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梁春群 ，莫 攸
（ 广西师范学 院化学与生命科学学院院 ，广西 南宁 ５ ０ ０ ） ３０ １
摘
要 ：采用硅烷偶联剂对竹纤维进行表面改姓 ，通过热压成 型工艺制备 了竹纤维增强环 氧树 脂 （ Ｐ）复合材料 。研 Ｅ
究 了竹纤维 （ Ｆ）的长度 、竹纤维含量和 Ｃ Ｃ ３ Ｂ ａ Ｏ 含量对竹纤维／环氧 （ ＦＥ 复合材料力学性能的影 响。结果表明 ，竹纤 Ｂ ／Ｐ）
再生能力强， 成材期短， 生长迅速， 栽种成活后４ ～５ 年即可成林砍伐。竹材料纤维由于其强度高、原料 丰富 、 天然抗 菌性 好 、 吸湿 放 湿和质感 柔软 等特 点 ， 目前主要用于建筑 、造纸和纺织ｒ ９ 卜】 等行业， 因其有 很好的强度特性， 也用于制作高性能的复合材料【】 ｍ。
仪 器 ：ＸＷＷ－０型万 能试 验机 、Ｘ ．２型 哑 ２ ＹＺ １ 铃型制样 机 、ＸＱ ． 型 缺 口制样机 、 Ｕ ５ Ｚ１ ＸＪ Ｄ一５电子 悬 臂梁 冲击试 验机 。 １ 竹纤维 的提 取及 表 面改性 ． ２
２ 实验 结果 与讨论
２１ 竹 纤 维含量 对 复合材料 力 学性 能的 影响 ．
文章编号 ：１７ －９ ５２ １）８０２ －４ ６ １９ ０ （０ ００・０ ３０
目前 纤 维增 强 复 合 材 料 中的增 强 纤 维 主要 是
ｌ ・～焦磷 酸钠浓 度 为０５ ・ Ｌ， ｇ ．ｇＬ 的溶液 里煮 沸２ ， ｈ 脱 去纤 维表 面 的胶 质 ，再 用 酸洗 和水洗 ，最后 处理成 细丝状 ，在７ ＂ ０Ｃ下烘 干５ ，取 出备 用Ｉ 。 ｈ ｌ “ 往 ９％ 的 乙 醇 水 溶 液 中 加 入 浓 度 为 Ｏ６ 的 ５ ． ％
维增强环氧复合材料 ，拉伸 和冲击强度得到明显改善 ；当竹纤维含量 为 ２％时，Ｂ ／ Ｐ复合材料的力学性能最佳， ０ ＦＥ 拉伸和冲
击 强 度 分 别达 到 ３ ． ＭＰ 、８３ＭＰ 。 ７６ ４ ａ ． ０ ａ
关键词 ：竹纤维
环氧树脂
复合材料
力学性能
中图分类号 ：Ｔ ２ Ｂ３ ２
文献标识码 ：Ａ
从 图 ｌ 图 ２可 知 ，竹纤 维 增强环 氧树 脂复合 和
材料的力 学性能均 比未添加竹纤维 的环氧树脂 复
合材料的拉伸强度高 。Ｂ ／Ｐ复合材料的拉伸、冲 ＦＥ 击强度 随着纤维含量 的增加 ，当纤维含量增加 到
２％时 ，拉伸 、冲击强度达到最大值 ，比纯 Ｅ ０ Ｐ材
将 竹 片在 碱 浓度 为 ３ ｇ ～，Ｎａ Ｏ 浓 度 为 ０・ Ｌ ２ ４ Ｓ
本 文对竹 纤维 进行 改性 ，并将 改性竹纤 维作 为增 强
采用 热压成 型制作竹纤维增强环 氧树脂复合 材料板 。室温下将竹纤维、环氧树脂、聚酰胺 、邻 苯二甲酸二丁脂 、咪唑 、无水 乙醇混合均匀 ， 将混 合物放人模具中，在平板硫化机上预热１ｍ ｎ ｉ然后 ５ ， 加压， ８＂ 在 ０Ｃ下保 压 固化 ３ ，再在 １０２ ｈ ０ ＂下保 压 固化 （ ２ ， 取 出放 人烘 箱 抽真 空 至００ＭＰ， Ｉ０Ｃ下 ｈ开模 ．７ ａ Ｏ ￣ 在 烘２ｈ ０， 制成复合材料。放置７ 后测试相关的力学性 ｄ 能 。拉伸性能按照Ｇ ／ ００ Ｂ１ １４ 测试 ；冲击性能按照 ｒ
由玻璃纤维 、芳纶和碳纤维等 ， 这些增强纤维材料
性能 良好且 均匀 ，但 它们 一般 都存在 着加工 困难 、
耗能大、造价高、易造成环境污染等问题 。而天然 植物纤 维如竹 纤维 等 来源广 泛 、性 能适 中 ，它们在
复合 材 料 中 的应 用 正 越 来 越 引 起 国 内外 材 料 界 的
材料，制备 了竹纤维增强环氧树脂复合材料 ， 并研 究 了材料 的力学 性 能 。
１ 实验 部 分
１１ 主 要原 料与 仪器 ．
Ｇ 汀 １４测试。 ８３
原料 ：环氧树脂 Ｅ４ ．４和低分子量聚酰胺树脂 ６０ 工 业 品 ） 氢 氧 化 钠 （Ｒ 、 硅 烷 偶 联 剂 ５（ 、 Ａ ） （ －５） ｒ ５０（ ￣ Ｉ业 品） 、高锰 酸钾 （ ） 醋酸 （ ） ＡＲ 、冰 ＡＲ 。
Ｕ
１ Ｕ
日
■Ｕ
纤维含量／ｔ －＇ ‘
维含量在基体树脂 中的分散程度有关 。当纤维含量 超过临界值时，Ｂ Ｆ用量继续增加造成了纤维在树
图２ 竹纤维含量对复合材料 冲击性能的影响
Ｋ －５型硅烷偶联剂， Ｈ ５０ 比例为６： ， ４ 充分混合 １，用 ｈ 醋酸调节ｐ 为４ Ｈ ，把上面处理好的竹纤维放人上述
溶 液 中浸 泡 １ ｈ取 出竹 纤 维 并 在 ７ ＂ 温烘 箱 中 ．， ５ ０Ｃ恒
干燥 。 １ 复合材 料的 制备和 性 能测试 － ３
重视【 我国竹类资源丰富， 】 一。 竹材产量高， 而竹子的
第３ ９卷
第 ８期
化来自百度文库
工
技
术
与
开
发
Ｖ０ － ９ Ｎｏ ８ ｌ３ ． Ａｕ ２ ０ ｇ．０１
２１ ０ ０年 ８月
Ｔｅ ｈ ｌ ｇ ｃ ｎｏ ｏ ｙ＆ Ｄｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｏ ｍ ｉａ ｎｄ ｓｒ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆＣｈｅ ｃ ｌ Ｉ ｕ ｔｙ
竹纤 维增强环氧树脂复合材料 的力学性能研究
收 稿 日期 ：２ １．５ １ ０ ００．７
化
工
技
术
与
开
发
第３ ９卷
料 的拉伸 、 冲击 强度分别 增加 了 ｌ２ １％和 ５． ； ４７ 竹 ％ 纤 维含量 继续增 加 ，拉伸 性能 随之下 降 。这是 因为
竹纤维增强复合材料实 现强化 的最主要因素是基 体将承受 的载荷传递 给增强纤维 ，当含量较低 时， 复合材料的强度主要取决 于基体材料 即树脂 的强
度 ， 基材 中所 起 的增 强作 用不 足 以抵 消在基材 中 在 形 成 的应 力缺 陷所起 的破 坏作 用，随着含 量 的增 加 ，
复合材料所受应力均匀分布， 强度才得以提高， 当 含量达到临界纤维体积分数时出现最大值 ， 这与材
料 加 工 时原 材 料 含 量对 体 系 工 艺 条 件 的影 响和 纤
（ 广西师范学 院化学与生命科学学院院 ，广西 南宁 ５ ０ ０ ） ３０ １
摘
要 ：采用硅烷偶联剂对竹纤维进行表面改姓 ，通过热压成 型工艺制备 了竹纤维增强环 氧树 脂 （ Ｐ）复合材料 。研 Ｅ
究 了竹纤维 （ Ｆ）的长度 、竹纤维含量和 Ｃ Ｃ ３ Ｂ ａ Ｏ 含量对竹纤维／环氧 （ ＦＥ 复合材料力学性能的影 响。结果表明 ，竹纤 Ｂ ／Ｐ）
再生能力强， 成材期短， 生长迅速， 栽种成活后４ ～５ 年即可成林砍伐。竹材料纤维由于其强度高、原料 丰富 、 天然抗 菌性 好 、 吸湿 放 湿和质感 柔软 等特 点 ， 目前主要用于建筑 、造纸和纺织ｒ ９ 卜】 等行业， 因其有 很好的强度特性， 也用于制作高性能的复合材料【】 ｍ。
仪 器 ：ＸＷＷ－０型万 能试 验机 、Ｘ ．２型 哑 ２ ＹＺ １ 铃型制样 机 、ＸＱ ． 型 缺 口制样机 、 Ｕ ５ Ｚ１ ＸＪ Ｄ一５电子 悬 臂梁 冲击试 验机 。 １ 竹纤维 的提 取及 表 面改性 ． ２
２ 实验 结果 与讨论
２１ 竹 纤 维含量 对 复合材料 力 学性 能的 影响 ．
文章编号 ：１７ －９ ５２ １）８０２ －４ ６ １９ ０ （０ ００・０ ３０
目前 纤 维增 强 复 合 材 料 中的增 强 纤 维 主要 是
ｌ ・～焦磷 酸钠浓 度 为０５ ・ Ｌ， ｇ ．ｇＬ 的溶液 里煮 沸２ ， ｈ 脱 去纤 维表 面 的胶 质 ，再 用 酸洗 和水洗 ，最后 处理成 细丝状 ，在７ ＂ ０Ｃ下烘 干５ ，取 出备 用Ｉ 。 ｈ ｌ “ 往 ９％ 的 乙 醇 水 溶 液 中 加 入 浓 度 为 Ｏ６ 的 ５ ． ％
维增强环氧复合材料 ，拉伸 和冲击强度得到明显改善 ；当竹纤维含量 为 ２％时，Ｂ ／ Ｐ复合材料的力学性能最佳， ０ ＦＥ 拉伸和冲
击 强 度 分 别达 到 ３ ． ＭＰ 、８３ＭＰ 。 ７６ ４ ａ ． ０ ａ
关键词 ：竹纤维
环氧树脂
复合材料
力学性能
中图分类号 ：Ｔ ２ Ｂ３ ２
文献标识码 ：Ａ
从 图 ｌ 图 ２可 知 ，竹纤 维 增强环 氧树 脂复合 和
材料的力 学性能均 比未添加竹纤维 的环氧树脂 复
合材料的拉伸强度高 。Ｂ ／Ｐ复合材料的拉伸、冲 ＦＥ 击强度 随着纤维含量 的增加 ，当纤维含量增加 到
２％时 ，拉伸 、冲击强度达到最大值 ，比纯 Ｅ ０ Ｐ材
将 竹 片在 碱 浓度 为 ３ ｇ ～，Ｎａ Ｏ 浓 度 为 ０・ Ｌ ２ ４ Ｓ
本 文对竹 纤维 进行 改性 ，并将 改性竹纤 维作 为增 强
采用 热压成 型制作竹纤维增强环 氧树脂复合 材料板 。室温下将竹纤维、环氧树脂、聚酰胺 、邻 苯二甲酸二丁脂 、咪唑 、无水 乙醇混合均匀 ， 将混 合物放人模具中，在平板硫化机上预热１ｍ ｎ ｉ然后 ５ ， 加压， ８＂ 在 ０Ｃ下保 压 固化 ３ ，再在 １０２ ｈ ０ ＂下保 压 固化 （ ２ ， 取 出放 人烘 箱 抽真 空 至００ＭＰ， Ｉ０Ｃ下 ｈ开模 ．７ ａ Ｏ ￣ 在 烘２ｈ ０， 制成复合材料。放置７ 后测试相关的力学性 ｄ 能 。拉伸性能按照Ｇ ／ ００ Ｂ１ １４ 测试 ；冲击性能按照 ｒ
由玻璃纤维 、芳纶和碳纤维等 ， 这些增强纤维材料
性能 良好且 均匀 ，但 它们 一般 都存在 着加工 困难 、
耗能大、造价高、易造成环境污染等问题 。而天然 植物纤 维如竹 纤维 等 来源广 泛 、性 能适 中 ，它们在
复合 材 料 中 的应 用 正 越 来 越 引 起 国 内外 材 料 界 的
材料，制备 了竹纤维增强环氧树脂复合材料 ， 并研 究 了材料 的力学 性 能 。
１ 实验 部 分
１１ 主 要原 料与 仪器 ．
Ｇ 汀 １４测试。 ８３
原料 ：环氧树脂 Ｅ４ ．４和低分子量聚酰胺树脂 ６０ 工 业 品 ） 氢 氧 化 钠 （Ｒ 、 硅 烷 偶 联 剂 ５（ 、 Ａ ） （ －５） ｒ ５０（ ￣ Ｉ业 品） 、高锰 酸钾 （ ） 醋酸 （ ） ＡＲ 、冰 ＡＲ 。
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１ Ｕ
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纤维含量／ｔ －＇ ‘
维含量在基体树脂 中的分散程度有关 。当纤维含量 超过临界值时，Ｂ Ｆ用量继续增加造成了纤维在树
图２ 竹纤维含量对复合材料 冲击性能的影响
Ｋ －５型硅烷偶联剂， Ｈ ５０ 比例为６： ， ４ 充分混合 １，用 ｈ 醋酸调节ｐ 为４ Ｈ ，把上面处理好的竹纤维放人上述
溶 液 中浸 泡 １ ｈ取 出竹 纤 维 并 在 ７ ＂ 温烘 箱 中 ．， ５ ０Ｃ恒
干燥 。 １ 复合材 料的 制备和 性 能测试 － ３
重视【 我国竹类资源丰富， 】 一。 竹材产量高， 而竹子的
第３ ９卷
第 ８期
化来自百度文库
工
技
术
与
开
发
Ｖ０ － ９ Ｎｏ ８ ｌ３ ． Ａｕ ２ ０ ｇ．０１
２１ ０ ０年 ８月
Ｔｅ ｈ ｌ ｇ ｃ ｎｏ ｏ ｙ＆ Ｄｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｏ ｍ ｉａ ｎｄ ｓｒ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆＣｈｅ ｃ ｌ Ｉ ｕ ｔｙ
竹纤 维增强环氧树脂复合材料 的力学性能研究
收 稿 日期 ：２ １．５ １ ０ ００．７
化
工
技
术
与
开
发
第３ ９卷
料 的拉伸 、 冲击 强度分别 增加 了 ｌ２ １％和 ５． ； ４７ 竹 ％ 纤 维含量 继续增 加 ，拉伸 性能 随之下 降 。这是 因为
竹纤维增强复合材料实 现强化 的最主要因素是基 体将承受 的载荷传递 给增强纤维 ，当含量较低 时， 复合材料的强度主要取决 于基体材料 即树脂 的强
度 ， 基材 中所 起 的增 强作 用不 足 以抵 消在基材 中 在 形 成 的应 力缺 陷所起 的破 坏作 用，随着含 量 的增 加 ，
复合材料所受应力均匀分布， 强度才得以提高， 当 含量达到临界纤维体积分数时出现最大值 ， 这与材
料 加 工 时原 材 料 含 量对 体 系 工 艺 条 件 的影 响和 纤