[發(fā)明專利]一種改善苧麻纖維與熱塑性樹脂界面粘結性能的方法

有效

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• 申請日: 2011-05-17
• 公開（公告）號: CN102211364A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發(fā)明（設計）人: 劉星辰;胡本婷;王霽龍;周舟;邱夷平
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B29B15/08
• 分類號: B29B15/08
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發(fā)明涉及一種改善苧麻纖維與熱塑性樹脂界面粘結性能的方法，屬于纖維增強復合材料技術領域。

背景技術

纖維增強復合材料的性能取決于組分的性能和組分間的界面相容性。苧麻纖維中由于含有大量的羥基而呈現(xiàn)親水性，而大部分熱塑性樹脂是憎水的，因而不利于苧麻纖維與樹脂基體的界面粘結。因此，在制備苧麻纖維增強樹脂基復合材料前通常需要對纖維進行改性以降低其親水性及吸濕性，提高復合材料的界面粘結力。

麻纖維改性有兩種方法，物理改性法和化學改性法。

物理改性法:?不改變纖維的化學組成，但改變了纖維的結構和表面性能從而改善了纖維與基體聚合物的物理粘合。已研究的方法有蒸汽爆破處理法、熱處理法、堿處理法、低溫等離子體處理、放電處理、Y?射線輻照處理、微波輻射、超聲波處理和拉伸處理等。

化學改性法:?在纖維表面引入了反應活性點或通過化學反應在纖維表面引入新的官能團，從而改變了纖維表面的表面結構和性質，增加了纖維與基體的相容性，改善了纖維與樹脂基體的界面粘接情況，現(xiàn)有的改性方法有:?用苯甲酸、有機硅烷等處理;?用聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇等處理;?用硅烷偶聯(lián)劑等進行偶聯(lián)處理;?用甲基丙烯酸甲酯、丙烯睛、丙烯酸乙酯、丙烯酸等對纖維進行接枝共聚等。

在上述方法中，多數(shù)方法的處理效果不盡如人意，或者由于成本問題難以投入生產使用。而硅烷偶聯(lián)劑等雖然使用廣泛，但其合成路線須引入氯，故存在較為突出的污染和設備腐蝕問題，生產流程長，成本也相對高。因而有必要繼續(xù)開發(fā)一種真正綠色的處理方法，使得苧麻纖維增強復合材料成為真正的綠色復合材料。

本發(fā)明采用了用乙醇預處理和常溫常壓等離子體處理結合的方法，使纖維表面的纖維素分子和乙醇試劑發(fā)生化學反應。在電鏡，元素分析實驗以及動態(tài)接觸角測試后證實該方法對于苧麻纖維和樹脂的粘結性有了很大的改善，未來在復合材料領域將會有廣闊的前景。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種新型的方法來改善苧麻纖維與熱塑性樹脂之間的界面性能。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種改善苧麻纖維與熱塑性樹脂界面粘結性能的方法，其特征在于，具體步驟為：將苧麻纖維浸入無水乙醇中進行預處理，干燥，再用常溫常壓等離子體方法對苧麻纖維進行表面處理。

所述的常溫常壓等離子體方法的具體條件為：采用常壓等離子體射流設備，通入氦氣(純度為99.99%)，氦氣流量為30LPM，電源頻率為13.65MHZ，電源功率為42w，苧麻纖維的處理時間為24s。

優(yōu)選地，所述的常壓等離子體射流設備采用圓形噴頭，噴口高度為2mm，噴口直徑為2.5cm。

優(yōu)選地，所述的干燥條件為：溫度20℃、相對濕度65%。

本發(fā)明的原理如下：苧麻纖維由于等離子的刻蝕作用，在掃描電子顯微鏡（SEM）顯示處理后的纖維表面粗糙度增加，這有利于與樹脂的機械鎖結。X射線光電子能譜分析儀（XPS）顯示，纖維表面的碳元素含量以及疏水的C-C基團在處理后有所增加。動態(tài)接觸角測試同時顯示纖維表面與水的接觸角變大了。微復合材料測試顯示纖維與聚丙烯的界面剪切強力（IFSS）比空白組增加了將近50%，這很可能是由于纖維表面粗糙度增加以及纖維與乙醇在等離子環(huán)境下發(fā)生反應產生一層較疏水的纖維表面的綜合作用，從而提高了纖維與聚丙烯基體的相容性。

本發(fā)明的優(yōu)點如下：

苧麻纖維是自然界中資源非常豐富的天然植物纖維，可能在未來代替玻璃纖維等合成增強纖維，成為具有優(yōu)良性能和價格低的復合材料的研究。麻類纖維不僅價廉質輕、比強度和比剛度高，并且具有可生物降解等優(yōu)良特性，是其他的增強材料無法比擬的。

常壓等離子體射流，作為一種新型的表面改性方法，相對于真空型等離子體表面改性來說具有連續(xù)操作，成本低廉等優(yōu)勢，可廣泛應用于實際生產當中，作為一種新型的表面處理方法，等離子體已被證明可以改變物質表面的結構以及化學性狀。不同于低壓等離子體處理，常壓等離子體處理可以處理含液的材料。

附圖說明

圖1為常壓等離子體射流設備結構示意圖；其中，1代表射頻輸入端，2代表氦氣輸入口，3代表噴嘴，4代表苧麻纖維，5代表中心電極，6代表等離子體。

圖2為微脫粘方法示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例來具體說明本發(fā)明。

實施例1

1、制樣：所有苧麻纖維用無水乙醇中浸泡10分鐘，然后置于20℃，65%?相對濕度的標準狀態(tài)下平衡，隨機抽取長度10?厘米左右的纖維，用雙面膠和環(huán)氧樹脂固定在硬卡紙所制作的模具上待用；