剑麻纤维的溶胶–凝胶技术改性

工 程 塑 料 应 用

ENGINEERING PLASTICS APPLICATION

第45卷，第11期2017年11月

V ol.45，No.11Nov. 2017

118

doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2017.11.023

剑麻纤维的溶胶–凝胶技术改性

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吴明明，孙占英，赵雄燕

(河北科技大学材料科学与工程学院，石家庄 050018)

摘要：通过溶胶–凝胶技术以正硅酸乙酯作为溶胶前驱体对剑麻纤维进行改性，采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重(TG)分析、X 射线光电子能谱(XPS)分析以及单根纤维拉伸性能测试对改性剑麻纤维进行表征。FTIR 和XPS 测试结果表明，SiO 2凝胶成功引入剑麻纤维中；TG 分析结果表明，经过溶胶–凝胶技术改性后，剑麻纤维的起始热分解温度变化很小，仅提高约0.5℃，但失重率明显降低；拉伸性能测试结果表明，溶胶–凝胶技术改性剑麻纤维的拉伸强度高于未改性的纤维，且剑麻纤维的吸湿率越高，单根纤维的拉伸强度越高，当纤维吸湿率为22.7%时，其拉伸强度较未改性纤维提高了29.21%，较KH550改性纤维提高了7.84%。

关键词：溶胶–凝胶；剑麻纤维；正硅酸乙酯；改性；吸湿率；拉伸强度

中图分类号：TQ321.5 文献标识码：A 文章编号：1001-3539(2017)11-0118-05

Modification of Sisal Fiber by Sol–Gel Technology

Wu Mingming ， Sun Zhanying ， Zhao Xiongyan

(College of Material Science and Engineering ， Hebei University of Science and Technology ， Shijiazhuang 050018， China)

Abstract ：The sisal fibers were modi fied by the use of tetraethyl orthosilicate (TEOS) as the precursor through sol-gel technol-ogy ，the modi fied fibers were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR)，thermogravimetric (TG) analyzer ，X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis and single fiber tensile test. The FTIR and XPS results show that SiO 2 gel is suc-cessfully introduced into the sisal fibers. TG analysis results show that ，after being modi fied by sol-gel technology ，the initial thermal decomposition temperature of the fiber changes little and only increases by about 0.5℃，but the weight loss rate decreases obviously. Tensile test results show that the modi fied fiber has a higher tensile strength than the unmodi fied fiber ，and the higher the moisture absorption rate is ，the higher the tensile strength is. When the moisture absorption rate reaches 22.7%，the tensile strength of the fi-ber modi fied by sol-gel technology increases by 29.21% compared with the unmodi fied fiber and by 7.84% compared with the fiber modi fied by KH550.

Keywords ：sol-gel ；sisal fiber ；etraethyl orthosilicate ；modi fication ；moisture absorption rate ；tensile strength

剑麻纤维在天然植物类纤维中，具有长径比及

比表面积大、质地坚韧、高强度、高弹性、高比模量、耐海水腐蚀、易表面处理、减震降噪、密度小、耐摩擦、耐低温以及来源广且价格低等优于其它类纤维的特点[1]。作为天然纤维材料，剑麻还具有可降解、环保的优点，因此将其用作树脂基体的填充材料，来制备综合性能优异的复合材料的研究较为广泛[2–4]。该项研究也对资源匮乏、环境污染等问题有着深远意义。但是作为天然纤维材料，其所需的力学性能远不及玻璃纤维、碳纤维等一些人工合成的纤维，故许多学者尝试用物理和化学改性方法对剑麻纤维进行改性处理，来增强剑麻的性能，进而增强复合材料的性能[5]。

目前，剑麻纤维的物理改性方法包括机械改性

(拉伸、压延、混纺等)、热处理、低温等离子体处理

[6]，如杨桂成等[7]通过热处理方式对剑麻纤维进行了改性，结果表明，热处理温度在150～200℃范围内，对剑麻纤维的热行为影响不大，但是纤维密度及结晶度得到提高。A. C. Milanese 等[8]采用物理法方法在60℃对麻纤维热处理72 h ，结果表明含水率对酚醛树脂／麻纤维复合材料力学性能的提高效果要优于聚氨酯／麻纤维复合材料。化学改性包括碱处理、偶联剂处理、酰化法、表面接枝法和纤维素表面超支化改性，如陈波[9]分别采用NaOH 碱液、马来酸酐、乙酸酐对剑麻纤维处理并填充到聚丙烯中，

*河北省自然科学基金项目(E2016208083)

联系人：孙占英，副教授，主要从事植物纤维复合材料方面研究收稿日期：2017-09-08