天然植物纤维改性与聚丙烯基复合材料
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与其他纤维的机械性能。
表１ 植物纤维与其它纤维 机械性能的比 ３ 较〔１ ６
纤 维
密度 ８ ｃ ＂ ／ ・ｍ ３
断 裂伸长 ％ ／
１５ ．
２４ ．
抗张强 ／ Ｐ 度 Ｍａ
杨氏模盘／ Ｐ Ｇａ
黄麻（ｕ ） Ｊｅ ｔ
亚麻（ｌ ） Ｆｘ ａ
５ ０ ５ １ ３
２５ ２
料的性能。文献〔９采用碱处理的剑麻和接枝 Ｐ Ｍ ２」 Ｍ Ａ的剑麻增强聚丙烯。两者都在一定程
度上提高聚丙烯复合材料的性能， Ｐ Ｍ 接枝 Ｍ Ａ的剑麻增强聚丙烯更加有效。文献【０ 采用氢 ３〕 氧化钠溶液预处理竹纤维， 然后增强聚丙烯。氢氧化钠溶液处理有助于提高复合材料的性能。
性〔 ２． ｉｐ ｌ 等 研究了 ＇ ４ Ｚｅ ｏｏ 详细 ２ ］ ａ ｒ ｕ， ￣ ｆｏ 硬脂酸 性天 改 然植物 纤维的 法和 方 效果， 并与天 然植物
纤维的乙酞化进行对比， 笔者认为硬脂酸仅仅覆盖在亚麻纤维的表面， 而乙酞化同时在亚麻纤 维的表面和内部进行， 两者都对亚麻纤维与聚丙烯之间的界面产生积极效果， 进而提高聚丙烯 基复合材料性能。文献【５采用硬脂酸、 ２〕 苯甲酸处理天然植物纤维， 在纤维表面形成覆盖层， 然后增强聚丙烯材料。结果发现采用硬脂酸处理后， 聚丙烯复合材料的冲击性能增加而拉伸 强度不变； 而采用苯甲酸处理后， 复合材料的拉伸强度增加而冲击性能下降。由于苯环的引
其次 纤维素、 素、 物、 质［ ， 不同的 然 纤维 是半 木 抽出 矿物 “ 在 〕 天 植物 之间， 些组成可以 这 有较大
变化。 纤维素大分子的 单元中 重复 每一基环含 个经 １， 有３ 基［ 这些经基在分子内 ８ ７ 或分子间 形 成氢健， 导致植物纤维具有亲水性， 含湿率达７ １％ 。 一３ ｒ 天然植物纤维力学性能之间的 ＂ ７ 差 异与 纤维素大分子聚 合度、 纤维素结晶 原纤与 度、 纤维轴的 夹角等存在密切的 关系〔１０ １９ ８７ ， 与 天然植物纤维的 水性形成鲜明 亲 对比， 聚丙烯表现出 极强的 疏水性〔 。 ２ 天然植物纤维 ０ １ 增强聚 丙烯复 材料的 取决于天然植物 合 性能 纤维、 丙烯和 性能［‘ 天然植物纤维的 聚 界面 ‘〕 一。
外 研究的 点〔‘ 在汽车 业中 然 ／Ｐ 料主 应用于承 热 ’］ 一。 工 天 纤维 Ｐ 材 要 受较小载 荷且人体经常 接
触的部件， 如车门内装饰板、 司机用杂物箱、 货车车厢地板、 备胎盖、 座位靠背， 还可以用于仪表 板、 座椅扶手、 仪表板杂件箱、 后搁物架、 车顶内村、 遮阳板、 座椅架行李仓装饰板、 座椅头枕衬 垫等。天然纤维／Ｐ复合材料的力学性能对其在汽车工业的应用起重要作用， Ｐ 本文主要研究 天然植物纤维改性与天然纤维／Ｐ Ｐ 复合材料力学性能的关系。表 １ 列出了多种天然植物纤维
事〔对多 纤维 异氰酸 ４ ３ 种 用 １ 脂进行表面 接枝， 并将其应用于Ｐ 复合材料中， Ｐ 取得了良 效 好的
果。接枝和醋化是改变天然植物纤维表面亲水性的有效手段， 但接枝和醋化过程导致纤维强 度下降是无法避免的事实。文献【５ 具有代表性， ３〕 作者采用光引发法将苯乙烯接枝到棉纤维 上。结果表明， 随聚苯乙烯接枝率的提高， 棉纤维的吸水率下降， 但棉纤维的强度同时下降。 界面偶合法是一类重要的改性方法， 与纤维接枝共聚和醋化法不同， 界面偶合法不会降低 天然植物纤维的强度， 因而在天然植物纤维增强 Ｐ 复合材料中得到广泛应用。文献【 一 ］ Ｐ １８
维也属于物理包覆处理内容。文献【２采用 ＰＣ ３」 Ｖ 溶液（ 浓度为 ｌｔ １２ ｗ ％，，二氯乙烷为溶剂） 浸润竺麻， 脱除溶剂后将包覆Ｐ Ｃ的竺麻与Ｐ 制造复合材料， Ｖ Ｐ 拉伸和弯曲强度提高２％。此 ０
外， 电晕放电、 低温等离子体处理等方法都可以改变天然植物纤维的表面能， 并产生活性点。 这些措施有助于提高天然植物纤维与聚丙烯的界面结合性质， 但须配置专门设备。 ２２ 化学方法 ． 化学方法是指天然植物纤维的化学组成发生变化， 并同时改变纤维的结构和表面性能， 常 用的化学方法如纤维接枝共聚和醋化法、 界面偶合法、 马来酸醉接枝 Ｐ 界面偶合法等。纤维 Ｐ 接枝共聚和醋化法是改变纤维性质的常用手段， 文献【８１〕 １， 对接枝共聚法的原理、 ９ 方法进行 全面的评价。文献【９３ ］ Ｐ Ｍ ２ ， 对 Ｍ Ａ接枝剑麻， ３ 并在 Ｐ／ Ｐ剑麻方面的应用进行研究。文献 ［３２〕 ２ ， 叙述了天然植物纤维的乙酞化的方法、 ４ 作用和在 Ｐ Ｐ复合材料中的应用。Ｃｌ ｒ ｏｉ 及同 ｅ
作者简介： 赵科， 副教授， 博士后。
Ｅ ａ ｋ ｏ以＠ｓｈ ． ｍ ｉ 山ａ８ 卜 ｏｕ ｃｍ ｏ
２４ ２
相关问题进行了研究。从这些文献中可以得出结论， 天然植物纤维的生产和性质不可能如玻 纤生产一样， 由人力能够控制和左右。充分认识天然植物纤维与玻纤的差异和天然植物纤维 之间的差异对天然植物纤维改性有重要的意义。天然植物纤维的化学组成是以纤维素为主，
文献可以得出结论， 不同的偶联剂适应于不同的天然植物纤维和不同的聚丙烯复合材料生产 工艺， 合理选择偶联剂和偶联剂处理工艺对复合材料性能产生一定的影响。
马来酸醉接枝Ｐ （ Ａ Ｐ界面偶合法在天然植物纤维增强 Ｐ 复合材料中占有非常重要 ＰＭ Ｐ ） Ｐ
Fra Baidu bibliotek
的地位［“ ’〕 一。与其它物理、 化学处理方法不同，ＡＰ Ｍ Ｐ 能够非常显著地增加界面相容性。
Ｓ 一 玻璃纤维
芳酞胺 碳纤维
２０ ． １． ５０ ２５ ．
２８ ．
２５ ．
２５ ． １ ．
１ ．
２０ ０ ０一３ ０ ５０
３ ３一３ ７ ． ． １ ４一１ ８ ． ．
３ Ｃ 一３ ５ ０旧 １０
１ 天然植物纤维改性的化学基础
与玻纤生产不同， 天然植物纤维来源于大 自 因而具有如下特点： 然， 其性能与土壤、 品种、 气候、 纤维的加工和处理方式等因素都有关系。文献【 一 ７ 对多种天然植物纤维的特性等 ９ １〕
Ｅ 一７
玻璃钢学会第十六届全国玻璃钢／ 复合材料学术年会论文集
２０ ０６年
天然植物纤维改性与聚丙烯基复合材料
赵
统 的评述 结合研究， 发表个人浅显的看法。
科
４００ ） ５０２
（ 郑州大学工学院化工系， 郑州
摘要 本文对多种天然植物纤维的物理和化学改性， 以及将其应用于聚丙烯复合材料的相关内容作了系
文献［５３］ １， 研究碱处理对竺麻纤维结构的影响， １ 可以看出碱处理后， 纤维的表面形态发生一
定的变化， 更有利于聚合物的结合。 采用有机溶剂（ 不含水） 可有效抽提出水不溶物。文献【８１」 １， 对多种溶剂处理天然植物 ９ 纤维的效果、 方式进行说明， 可以预见采用有机溶剂处理天然植物纤维， 并回收有机溶剂， 可能 是一条比 较有效的方式。物理包覆处理是一种比较简单的方法， 采用硬脂酸改性天然植物纤
亲水性与聚丙烯的疏水性导致两者之间的界面性能极差。当聚丙烯基复合材料承受外加载荷 时， 界面起到将基体承受载荷传递到纤维的作用， 不良的界面性能不能够有效传递这种载荷， 因而天然植物纤维的增强作用大打折扣。聚丙烯基复合材料界面的形成是由聚丙烯熔体对天 然植物纤维的浸润完成的。由于聚丙烯的疏水性和天然植物纤维的亲水性， 这种浸润往往是 不良的， 因而导致界面性能极差。此外， 外界的水分通过端部的界面渗透到聚丙烯基复合材料 内部， 进一步恶化界面性能， 导致聚丙烯基复合材料性能随时间的延长而下降。聚丙烯基复合 材料界面性能可从下列事实得到应证： 界面张力增加， 材料多孔性， 性能随时间延长而下降性。 欲想得到性能良 好的天然植物纤维增强聚丙烯复合材料， 必须对天然植物纤维改性和（ 对 或）
１ ０ １ ０ １ １ 犯
大麻（ ｅｐ Ｈｍ ） 竺麻（ ａ ｉ Ｒｍｅ ）
１ ．
１ ．
１６ ．
６９０ ８７０ ６４０ 咖
５０ ４５ 巧
１２ ．
１２８ 巧 ５ ７０ ８６
５ ３一６ ７
２ ０ 一２ ０ ３ ４
剑麻（ ） Ｓａ ｉｌ ｓ 椰纤维（ｏ） Ｃｉ ｒ Ｅ玻璃纤维 ・
对硅烷偶联剂在界面偶合法的作用进行全面的评价。文献【６ 说明了有代表性的商业硅偶 ３〕 联剂的化学结构、 可应用的聚合物体系等相关内容。笔者认为硅烷偶联剂处理方法的共同优 点， 一方面是发生偶联反应后纤维表面的经基减少， 从而纤维的吸水性减少， 有利于天然植物 纤维与基体聚合物的键合稳定性； 另一方面， 偶联剂处理可使纤维和聚合物之间形成交联网 络， 减少纤维的溶胀。文献【例采用钦酸脂偶联剂等处理竹纤维， ３ 应用于 Ｐ Ｐ复合材料中取得 了良 好的效果。聚乙烯与聚丙烯具有一定的相似性， 文献【７ 采用碱、 ３〕 多种硅烷偶联剂处理 亚麻， 然后制造聚乙烯／ 亚麻复合材料。作者认为碱、 多种硅烷偶联剂处理可以改善聚乙烯／ 亚 麻复合材料的界面， 因而材料力学性能提高明显。文献〔５２， 一 １采用多种硅烷偶联剂 ２ ， ３ ４］ ８８ 处理多种天然植物纤维， 应用于聚丙（ 烯复合材料， 乙） 同样取得比较好的增强效果。从这些
人， 有助于提高复合材料的 热稳定性〔 。 ６ ２ ７
碱处理改性天然植物纤维是一种常用的方法。通过调节碱浓度、 温度、 时间及添加剂， 可 在较宽的范围影响天然植物纤维的性能。文献【８１〕 １， 就碱处理对天然植物纤维的影响进行 ９ 比较详细的说明。文献【７ 用氢氧化钠、 ２］ 高锰酸钾、 二异氰酸甲脂、 马来酸醉对剑麻处理， 然 后制造聚丙烯复合材料。 笔者认为， 所有的处理方法都会提高聚丙烯复合材料的拉伸性能， 氢 氧化钠溶液处理的效果最好， 提高幅度达到２％。文献〔８对比氢氧化钠溶液和其它处理方 ０ ２〕 法对天然纤维增强多种聚合物（ 包括聚丙烯） 的影响。氢氧化钠溶液处理有助于提高复合材
关健词： 天然纤维； 聚丙烯； 复合材料； 改性
各种天然植物纤维（ 如麻纤维、 竹纤维、 甘蔗渣纤维等） 具有价廉、 可回收、 可降解等优点。 其复合材料的研究与开发应用已成为目 前的热点之一。由于天然纤维具有自 然可降解性， 可 作为完全可降解绿色复合材料的理想增强材料， 近年来在国内外其研究和应用发展非常快。 与玻璃纤维增强材料相比， 天然纤维增强复合材料的力学性能偏低， 不适合作承受较大载荷的 结构体。天然纤维增强复合材料对人体没有过敏性较适用于制造经常直接与人体接触的材料 和部件。天然纤维增强复合材料由于采用的天然纤维耐环境性不如玻璃纤维， 如抗湿性、 抗微 生物性， 因而比较适合制造室内构件。天然植物纤维增强聚丙烯复合材料是最近十多年国内
Ｍ Ｐ 在 Ｐ 复合材料中的应用主要有 ３ ＡＰ Ｐ 种方法。第一种方法是将高分子量的 Ｍ Ｐ 加人到 ＡＰ
Ｐ 基体中形成Ｐ 共混基体， Ｐ Ｐ 本文称为Ｐ 基体改性法。这种方法在Ｐ 复合材料生产和研究 Ｐ Ｐ
２６ ２
中得到广泛使用。第二种方法是将高分子量的 Ｍ Ｐ 溶解在有机溶剂中， ＡＰ 然后将天然植物纤 维在含 Ｍ Ｐ 的溶液中浸润， ＡＰ 脱除有机溶剂， 最后将经过处理的天然植物纤维与Ｐ 复合， Ｐ 本文 称为Ｍ Ｐ 有机溶剂法。第三种方法是将低分子量、 ＡＰ 无规的Ｍ Ｐ 乳液浸润天然植物纤维， ＡＰ 脱 除水份， 最后将经过处理的天然植物纤维与Ｐ 复合， Ｐ 本文称为Ｍ Ｐ 乳液法。Ｐ 基体改性法 ＡＰ Ｐ 不在本文进行讨论， 下述主要研究 Ｍ Ｐ 有机溶剂法和 Ｍ Ｐ 乳液法在天然植物纤维增强 Ｐ ＡＰ ＡＰ Ｐ 复合材料的应用。 Ｍ Ｐ 有机溶剂法的最大优点是能够在天然植物纤维的表面形成很好的界面， ＡＰ 最大缺点 是采用大量的溶剂而产生严重的污染。文献〔６采用甲苯溶解 Ｍ Ｐ ， ２］ Ａ Ｐ浓度是０１ｔ 将黄 ． ｗ％， 麻纤维在甲苯溶液中浸润， 然后脱除甲苯， 所制备的 Ｐ Ｐ复合材料具有较好的力学性能， 这种
聚丙烯改性， 以得到性能良好的界面。下文对天然植物纤维改性进行了研究。
２ 改性方法
与玻纤改性相比， 天然植物纤维改性有物理方法和化学方法。 ２１ 物理方法 ． 物理方法是指天然植物纤维的化学组成基本不发生变化， 而改变结构和表面性能， 常用的 物理方法如热、 碱、 酸、 有机溶剂、 物理包覆处理等。文献〔１ 报道不同温度热处理对剑麻性 ２〕 能的影响， 剑麻性能随温度上升而下降， 而剑麻表面由于低沸点物质的挥发而留下空洞。文献 ［８１」 １， 较详细说明热处理对天然植物纤维性能的影响。 ９ 采用硬脂酸、 苯甲酸改性天然植物纤维， 可以降低其亲水性， 以改善其在聚丙烯中的分散
表１ 植物纤维与其它纤维 机械性能的比 ３ 较〔１ ６
纤 维
密度 ８ ｃ ＂ ／ ・ｍ ３
断 裂伸长 ％ ／
１５ ．
２４ ．
抗张强 ／ Ｐ 度 Ｍａ
杨氏模盘／ Ｐ Ｇａ
黄麻（ｕ ） Ｊｅ ｔ
亚麻（ｌ ） Ｆｘ ａ
５ ０ ５ １ ３
２５ ２
料的性能。文献〔９采用碱处理的剑麻和接枝 Ｐ Ｍ ２」 Ｍ Ａ的剑麻增强聚丙烯。两者都在一定程
度上提高聚丙烯复合材料的性能， Ｐ Ｍ 接枝 Ｍ Ａ的剑麻增强聚丙烯更加有效。文献【０ 采用氢 ３〕 氧化钠溶液预处理竹纤维， 然后增强聚丙烯。氢氧化钠溶液处理有助于提高复合材料的性能。
性〔 ２． ｉｐ ｌ 等 研究了 ＇ ４ Ｚｅ ｏｏ 详细 ２ ］ ａ ｒ ｕ， ￣ ｆｏ 硬脂酸 性天 改 然植物 纤维的 法和 方 效果， 并与天 然植物
纤维的乙酞化进行对比， 笔者认为硬脂酸仅仅覆盖在亚麻纤维的表面， 而乙酞化同时在亚麻纤 维的表面和内部进行， 两者都对亚麻纤维与聚丙烯之间的界面产生积极效果， 进而提高聚丙烯 基复合材料性能。文献【５采用硬脂酸、 ２〕 苯甲酸处理天然植物纤维， 在纤维表面形成覆盖层， 然后增强聚丙烯材料。结果发现采用硬脂酸处理后， 聚丙烯复合材料的冲击性能增加而拉伸 强度不变； 而采用苯甲酸处理后， 复合材料的拉伸强度增加而冲击性能下降。由于苯环的引
其次 纤维素、 素、 物、 质［ ， 不同的 然 纤维 是半 木 抽出 矿物 “ 在 〕 天 植物 之间， 些组成可以 这 有较大
变化。 纤维素大分子的 单元中 重复 每一基环含 个经 １， 有３ 基［ 这些经基在分子内 ８ ７ 或分子间 形 成氢健， 导致植物纤维具有亲水性， 含湿率达７ １％ 。 一３ ｒ 天然植物纤维力学性能之间的 ＂ ７ 差 异与 纤维素大分子聚 合度、 纤维素结晶 原纤与 度、 纤维轴的 夹角等存在密切的 关系〔１０ １９ ８７ ， 与 天然植物纤维的 水性形成鲜明 亲 对比， 聚丙烯表现出 极强的 疏水性〔 。 ２ 天然植物纤维 ０ １ 增强聚 丙烯复 材料的 取决于天然植物 合 性能 纤维、 丙烯和 性能［‘ 天然植物纤维的 聚 界面 ‘〕 一。
外 研究的 点〔‘ 在汽车 业中 然 ／Ｐ 料主 应用于承 热 ’］ 一。 工 天 纤维 Ｐ 材 要 受较小载 荷且人体经常 接
触的部件， 如车门内装饰板、 司机用杂物箱、 货车车厢地板、 备胎盖、 座位靠背， 还可以用于仪表 板、 座椅扶手、 仪表板杂件箱、 后搁物架、 车顶内村、 遮阳板、 座椅架行李仓装饰板、 座椅头枕衬 垫等。天然纤维／Ｐ复合材料的力学性能对其在汽车工业的应用起重要作用， Ｐ 本文主要研究 天然植物纤维改性与天然纤维／Ｐ Ｐ 复合材料力学性能的关系。表 １ 列出了多种天然植物纤维
事〔对多 纤维 异氰酸 ４ ３ 种 用 １ 脂进行表面 接枝， 并将其应用于Ｐ 复合材料中， Ｐ 取得了良 效 好的
果。接枝和醋化是改变天然植物纤维表面亲水性的有效手段， 但接枝和醋化过程导致纤维强 度下降是无法避免的事实。文献【５ 具有代表性， ３〕 作者采用光引发法将苯乙烯接枝到棉纤维 上。结果表明， 随聚苯乙烯接枝率的提高， 棉纤维的吸水率下降， 但棉纤维的强度同时下降。 界面偶合法是一类重要的改性方法， 与纤维接枝共聚和醋化法不同， 界面偶合法不会降低 天然植物纤维的强度， 因而在天然植物纤维增强 Ｐ 复合材料中得到广泛应用。文献【 一 ］ Ｐ １８
维也属于物理包覆处理内容。文献【２采用 ＰＣ ３」 Ｖ 溶液（ 浓度为 ｌｔ １２ ｗ ％，，二氯乙烷为溶剂） 浸润竺麻， 脱除溶剂后将包覆Ｐ Ｃ的竺麻与Ｐ 制造复合材料， Ｖ Ｐ 拉伸和弯曲强度提高２％。此 ０
外， 电晕放电、 低温等离子体处理等方法都可以改变天然植物纤维的表面能， 并产生活性点。 这些措施有助于提高天然植物纤维与聚丙烯的界面结合性质， 但须配置专门设备。 ２２ 化学方法 ． 化学方法是指天然植物纤维的化学组成发生变化， 并同时改变纤维的结构和表面性能， 常 用的化学方法如纤维接枝共聚和醋化法、 界面偶合法、 马来酸醉接枝 Ｐ 界面偶合法等。纤维 Ｐ 接枝共聚和醋化法是改变纤维性质的常用手段， 文献【８１〕 １， 对接枝共聚法的原理、 ９ 方法进行 全面的评价。文献【９３ ］ Ｐ Ｍ ２ ， 对 Ｍ Ａ接枝剑麻， ３ 并在 Ｐ／ Ｐ剑麻方面的应用进行研究。文献 ［３２〕 ２ ， 叙述了天然植物纤维的乙酞化的方法、 ４ 作用和在 Ｐ Ｐ复合材料中的应用。Ｃｌ ｒ ｏｉ 及同 ｅ
作者简介： 赵科， 副教授， 博士后。
Ｅ ａ ｋ ｏ以＠ｓｈ ． ｍ ｉ 山ａ８ 卜 ｏｕ ｃｍ ｏ
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相关问题进行了研究。从这些文献中可以得出结论， 天然植物纤维的生产和性质不可能如玻 纤生产一样， 由人力能够控制和左右。充分认识天然植物纤维与玻纤的差异和天然植物纤维 之间的差异对天然植物纤维改性有重要的意义。天然植物纤维的化学组成是以纤维素为主，
文献可以得出结论， 不同的偶联剂适应于不同的天然植物纤维和不同的聚丙烯复合材料生产 工艺， 合理选择偶联剂和偶联剂处理工艺对复合材料性能产生一定的影响。
马来酸醉接枝Ｐ （ Ａ Ｐ界面偶合法在天然植物纤维增强 Ｐ 复合材料中占有非常重要 ＰＭ Ｐ ） Ｐ
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的地位［“ ’〕 一。与其它物理、 化学处理方法不同，ＡＰ Ｍ Ｐ 能够非常显著地增加界面相容性。
Ｓ 一 玻璃纤维
芳酞胺 碳纤维
２０ ． １． ５０ ２５ ．
２８ ．
２５ ．
２５ ． １ ．
１ ．
２０ ０ ０一３ ０ ５０
３ ３一３ ７ ． ． １ ４一１ ８ ． ．
３ Ｃ 一３ ５ ０旧 １０
１ 天然植物纤维改性的化学基础
与玻纤生产不同， 天然植物纤维来源于大 自 因而具有如下特点： 然， 其性能与土壤、 品种、 气候、 纤维的加工和处理方式等因素都有关系。文献【 一 ７ 对多种天然植物纤维的特性等 ９ １〕
Ｅ 一７
玻璃钢学会第十六届全国玻璃钢／ 复合材料学术年会论文集
２０ ０６年
天然植物纤维改性与聚丙烯基复合材料
赵
统 的评述 结合研究， 发表个人浅显的看法。
科
４００ ） ５０２
（ 郑州大学工学院化工系， 郑州
摘要 本文对多种天然植物纤维的物理和化学改性， 以及将其应用于聚丙烯复合材料的相关内容作了系
文献［５３］ １， 研究碱处理对竺麻纤维结构的影响， １ 可以看出碱处理后， 纤维的表面形态发生一
定的变化， 更有利于聚合物的结合。 采用有机溶剂（ 不含水） 可有效抽提出水不溶物。文献【８１」 １， 对多种溶剂处理天然植物 ９ 纤维的效果、 方式进行说明， 可以预见采用有机溶剂处理天然植物纤维， 并回收有机溶剂， 可能 是一条比 较有效的方式。物理包覆处理是一种比较简单的方法， 采用硬脂酸改性天然植物纤
亲水性与聚丙烯的疏水性导致两者之间的界面性能极差。当聚丙烯基复合材料承受外加载荷 时， 界面起到将基体承受载荷传递到纤维的作用， 不良的界面性能不能够有效传递这种载荷， 因而天然植物纤维的增强作用大打折扣。聚丙烯基复合材料界面的形成是由聚丙烯熔体对天 然植物纤维的浸润完成的。由于聚丙烯的疏水性和天然植物纤维的亲水性， 这种浸润往往是 不良的， 因而导致界面性能极差。此外， 外界的水分通过端部的界面渗透到聚丙烯基复合材料 内部， 进一步恶化界面性能， 导致聚丙烯基复合材料性能随时间的延长而下降。聚丙烯基复合 材料界面性能可从下列事实得到应证： 界面张力增加， 材料多孔性， 性能随时间延长而下降性。 欲想得到性能良 好的天然植物纤维增强聚丙烯复合材料， 必须对天然植物纤维改性和（ 对 或）
１ ０ １ ０ １ １ 犯
大麻（ ｅｐ Ｈｍ ） 竺麻（ ａ ｉ Ｒｍｅ ）
１ ．
１ ．
１６ ．
６９０ ８７０ ６４０ 咖
５０ ４５ 巧
１２ ．
１２８ 巧 ５ ７０ ８６
５ ３一６ ７
２ ０ 一２ ０ ３ ４
剑麻（ ） Ｓａ ｉｌ ｓ 椰纤维（ｏ） Ｃｉ ｒ Ｅ玻璃纤维 ・
对硅烷偶联剂在界面偶合法的作用进行全面的评价。文献【６ 说明了有代表性的商业硅偶 ３〕 联剂的化学结构、 可应用的聚合物体系等相关内容。笔者认为硅烷偶联剂处理方法的共同优 点， 一方面是发生偶联反应后纤维表面的经基减少， 从而纤维的吸水性减少， 有利于天然植物 纤维与基体聚合物的键合稳定性； 另一方面， 偶联剂处理可使纤维和聚合物之间形成交联网 络， 减少纤维的溶胀。文献【例采用钦酸脂偶联剂等处理竹纤维， ３ 应用于 Ｐ Ｐ复合材料中取得 了良 好的效果。聚乙烯与聚丙烯具有一定的相似性， 文献【７ 采用碱、 ３〕 多种硅烷偶联剂处理 亚麻， 然后制造聚乙烯／ 亚麻复合材料。作者认为碱、 多种硅烷偶联剂处理可以改善聚乙烯／ 亚 麻复合材料的界面， 因而材料力学性能提高明显。文献〔５２， 一 １采用多种硅烷偶联剂 ２ ， ３ ４］ ８８ 处理多种天然植物纤维， 应用于聚丙（ 烯复合材料， 乙） 同样取得比较好的增强效果。从这些
人， 有助于提高复合材料的 热稳定性〔 。 ６ ２ ７
碱处理改性天然植物纤维是一种常用的方法。通过调节碱浓度、 温度、 时间及添加剂， 可 在较宽的范围影响天然植物纤维的性能。文献【８１〕 １， 就碱处理对天然植物纤维的影响进行 ９ 比较详细的说明。文献【７ 用氢氧化钠、 ２］ 高锰酸钾、 二异氰酸甲脂、 马来酸醉对剑麻处理， 然 后制造聚丙烯复合材料。 笔者认为， 所有的处理方法都会提高聚丙烯复合材料的拉伸性能， 氢 氧化钠溶液处理的效果最好， 提高幅度达到２％。文献〔８对比氢氧化钠溶液和其它处理方 ０ ２〕 法对天然纤维增强多种聚合物（ 包括聚丙烯） 的影响。氢氧化钠溶液处理有助于提高复合材
关健词： 天然纤维； 聚丙烯； 复合材料； 改性
各种天然植物纤维（ 如麻纤维、 竹纤维、 甘蔗渣纤维等） 具有价廉、 可回收、 可降解等优点。 其复合材料的研究与开发应用已成为目 前的热点之一。由于天然纤维具有自 然可降解性， 可 作为完全可降解绿色复合材料的理想增强材料， 近年来在国内外其研究和应用发展非常快。 与玻璃纤维增强材料相比， 天然纤维增强复合材料的力学性能偏低， 不适合作承受较大载荷的 结构体。天然纤维增强复合材料对人体没有过敏性较适用于制造经常直接与人体接触的材料 和部件。天然纤维增强复合材料由于采用的天然纤维耐环境性不如玻璃纤维， 如抗湿性、 抗微 生物性， 因而比较适合制造室内构件。天然植物纤维增强聚丙烯复合材料是最近十多年国内
Ｍ Ｐ 在 Ｐ 复合材料中的应用主要有 ３ ＡＰ Ｐ 种方法。第一种方法是将高分子量的 Ｍ Ｐ 加人到 ＡＰ
Ｐ 基体中形成Ｐ 共混基体， Ｐ Ｐ 本文称为Ｐ 基体改性法。这种方法在Ｐ 复合材料生产和研究 Ｐ Ｐ
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中得到广泛使用。第二种方法是将高分子量的 Ｍ Ｐ 溶解在有机溶剂中， ＡＰ 然后将天然植物纤 维在含 Ｍ Ｐ 的溶液中浸润， ＡＰ 脱除有机溶剂， 最后将经过处理的天然植物纤维与Ｐ 复合， Ｐ 本文 称为Ｍ Ｐ 有机溶剂法。第三种方法是将低分子量、 ＡＰ 无规的Ｍ Ｐ 乳液浸润天然植物纤维， ＡＰ 脱 除水份， 最后将经过处理的天然植物纤维与Ｐ 复合， Ｐ 本文称为Ｍ Ｐ 乳液法。Ｐ 基体改性法 ＡＰ Ｐ 不在本文进行讨论， 下述主要研究 Ｍ Ｐ 有机溶剂法和 Ｍ Ｐ 乳液法在天然植物纤维增强 Ｐ ＡＰ ＡＰ Ｐ 复合材料的应用。 Ｍ Ｐ 有机溶剂法的最大优点是能够在天然植物纤维的表面形成很好的界面， ＡＰ 最大缺点 是采用大量的溶剂而产生严重的污染。文献〔６采用甲苯溶解 Ｍ Ｐ ， ２］ Ａ Ｐ浓度是０１ｔ 将黄 ． ｗ％， 麻纤维在甲苯溶液中浸润， 然后脱除甲苯， 所制备的 Ｐ Ｐ复合材料具有较好的力学性能， 这种
聚丙烯改性， 以得到性能良好的界面。下文对天然植物纤维改性进行了研究。
２ 改性方法
与玻纤改性相比， 天然植物纤维改性有物理方法和化学方法。 ２１ 物理方法 ． 物理方法是指天然植物纤维的化学组成基本不发生变化， 而改变结构和表面性能， 常用的 物理方法如热、 碱、 酸、 有机溶剂、 物理包覆处理等。文献〔１ 报道不同温度热处理对剑麻性 ２〕 能的影响， 剑麻性能随温度上升而下降， 而剑麻表面由于低沸点物质的挥发而留下空洞。文献 ［８１」 １， 较详细说明热处理对天然植物纤维性能的影响。 ９ 采用硬脂酸、 苯甲酸改性天然植物纤维， 可以降低其亲水性， 以改善其在聚丙烯中的分散