VARTM制備麻纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料研究*

李 偉，黃虹云，吳永慶

(湖南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410082)

VARTM制備麻纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料研究*

李 偉?，黃虹云，吳永慶

(湖南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410082)

通過(guò)對(duì)黃麻纖維熱處理、堿處理、硅烷偶聯(lián)劑處理和異氰酸酯處理進(jìn)行表面改性，并對(duì)改性黃麻纖維布進(jìn)行熱壓工藝處理，最后采用VARTM成型工藝制備黃麻纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，并對(duì)其性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究.通過(guò)掃描電鏡(SEM)分析表明，熱處理和堿處理的黃麻纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的界面粘結(jié)未得到明顯改善，而通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑和異氰酸酯處理的黃麻纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的界面粘結(jié)性能得到了顯著的提高.將硅烷偶聯(lián)劑和異氰酸酯處理的黃麻纖維布通過(guò)熱壓處理不僅可以增加復(fù)合材料中黃麻纖維體積含量，而且可以提高復(fù)合材料的綜合性能，復(fù)合材料力學(xué)性能研究表明，經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理后的黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度、模量和彎曲強(qiáng)度分別提高了18.6%，71.4%和50.2%.經(jīng)異氰酸酯處理的黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、模量和彎曲強(qiáng)度分別提高了16.3%，34.0%和50.3%.

黃麻纖維；復(fù)合材料；熱壓工藝；硅烷偶聯(lián)劑；異氰酸酯

麻纖維是一種天然植物纖維，具有價(jià)格低廉、可生物降解、優(yōu)良的力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn).相比于合成纖維，天然麻纖維具有更好的吸能效果，能制造出高性能的復(fù)合材料，可廣泛地應(yīng)用于汽車制造工業(yè)[1-2].

麻纖維種類較多，常見(jiàn)的麻纖維有苧麻[3]、黃麻、亞麻等.黃麻是最廉價(jià)的天然纖維之一，黃麻纖維纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為57%～60%，單纖細(xì)度為15～18 μm，單纖長(zhǎng)度為1.5～5 mm，因?yàn)閱卫w維短且長(zhǎng)度參差不齊，故無(wú)法單纖維紡紗.黃麻纖維具有不規(guī)則的多邊形混合截面，吸濕性和透濕性較苧麻要高2%～4.5%.其生物分解性好，初始彈性模量高，不起球，抗菌能力優(yōu)異，生產(chǎn)成本低，因此具有很好的市場(chǎng)應(yīng)用前景.

麻纖維由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠和脂肪蠟質(zhì)組成，不同麻纖維組成有差別.麻纖維的主要成分為纖維素，纖維素分子結(jié)構(gòu)中含有大量的羥基，故麻纖維表面極性較大，表現(xiàn)出強(qiáng)的親水性，容易從空氣中吸收水份，導(dǎo)致麻纖維與基體材料的界面結(jié)合不佳.而且天然麻纖維的大分子結(jié)晶度和取向度高，纖維外表面粗硬、無(wú)卷曲且勾結(jié)強(qiáng)度低.所以將麻纖維作為樹(shù)脂基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料時(shí)，一般需要對(duì)麻纖維進(jìn)行表面改性處理[1，3-5].

目前麻纖維的表面改性處理主要有熱處理、堿液處理[6]、硅烷偶聯(lián)劑處理[7]、異氰酸酯處理[8]、等離子體處理[9]等方式.通過(guò)表面改性可提高麻纖維的界面性能，改善纖維與基體樹(shù)脂的潤(rùn)濕性，使復(fù)合材料力學(xué)性能顯著提升[10].將改性麻纖維用于樹(shù)脂基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料時(shí)可以獲得綜合性能優(yōu)良的樹(shù)脂基復(fù)合材料[11].

環(huán)氧樹(shù)脂是制造樹(shù)脂基復(fù)合材料的一種常用的基體樹(shù)脂，最常見(jiàn)的復(fù)合材料是玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料(玻璃鋼).雖然環(huán)氧樹(shù)脂在樹(shù)脂基復(fù)合材料中的使用成史已經(jīng)比較悠久，但是對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料的研究仍然是當(dāng)今的熱點(diǎn)[12].作為一種基體樹(shù)脂，環(huán)氧樹(shù)脂具有種類繁多、容易滿足設(shè)計(jì)需求的優(yōu)點(diǎn)，但也存在不導(dǎo)電、性脆等缺點(diǎn)，在制備環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料時(shí)，有時(shí)也需要對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行改性，從而獲得其優(yōu)異的性能[13].

真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑(VARTM)成型工藝是先進(jìn)復(fù)合材料制造技術(shù)的主要發(fā)展方向之一，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于船艦、航空、航天、汽車等領(lǐng)域.VARTM工藝是先將增強(qiáng)材料放置于模腔中，然后合模、抽真空排除模腔中的氣體，再在一定的溫度和壓力下將液態(tài)樹(shù)脂注入模腔內(nèi)，使之與增強(qiáng)纖維充分潤(rùn)濕，在一定溫度下固化、后固化，最后經(jīng)脫模得到復(fù)合材料制品.

本文以環(huán)氧樹(shù)脂為基體，可生物降解的黃麻纖維作為增強(qiáng)材料，通過(guò)改變傳統(tǒng)的工藝路線，增加對(duì)黃麻纖維布進(jìn)行熱壓工藝處理，該工藝不僅可以提高復(fù)合材料中麻纖維的體積分?jǐn)?shù)，而且對(duì)改善復(fù)合材料的力學(xué)性能有明顯的效果，采用VARTM工藝制備麻纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料并進(jìn)行了系統(tǒng)研究.

1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.1 黃麻纖維表面處理

熱處理是將黃麻纖維放入鼓風(fēng)干燥箱中，分別在120 ℃,150 ℃和180 ℃下處理4 h，將麻纖維取出后置于真空密封條件下保存?zhèn)溆?堿處理是將黃麻纖維布浸入(質(zhì)量分?jǐn)?shù))2%的NaOH溶液中，于60 ℃下處理4 h，再用去離子水洗滌至中性并在80 ℃干燥.硅烷偶聯(lián)劑處理是將KH-550配制成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))3%的乙醇溶液，然后把黃麻纖維布浸入溶液中10 min，取出纖維布放置在空氣中30 min，最后90 ℃烘干.異氰酸酯處理是將黃麻纖維布放入異氰酸酯的丙酮溶液中，以濃硫酸為催化劑，在55 ℃油浴加熱反應(yīng)5 h，取出用丙酮洗滌后80 ℃烘干.模具和復(fù)合材料樣品見(jiàn)圖1．

1.2 黃麻纖維布的熱壓工藝

為了提高復(fù)合材料中麻纖維的含量，將表面處理的黃麻纖維布裁成190 mm×140 mm的規(guī)格，整齊疊放在平板熱壓機(jī)模具中，在1 MPa和100 ℃條件下熱壓30 min.

圖1 模具和復(fù)合材料樣品

1.3 黃麻纖維布增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備

將黃麻纖維布剪裁成190 mm×140 mm的規(guī)格并精確稱量其質(zhì)量后整齊鋪放在VARTM模腔中，合模；模具一端導(dǎo)管連接真空泵，一端連接注射系統(tǒng)，中間部分接入壓力表用來(lái)測(cè)量模腔中的壓力.通過(guò)抽真空排除模腔內(nèi)的空氣，然后將混合好的樹(shù)脂注入模腔中；模腔注滿后封住連接真空泵的一端，繼續(xù)注射，使模腔內(nèi)的壓力達(dá)到1 MPa，然后封閉所有端口；將模具放入烘箱中60 ℃固化20 h，脫模取出板材；將復(fù)合材料板在80 ℃下固化5 h.

1.4 材料性能表征

采用FEI QUANTA 200 掃描電鏡觀察復(fù)合材料斷裂面的形態(tài).黃麻纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料按照GB/T 1447-2005和GB 1449-2005進(jìn)行切割并銑到規(guī)定的形狀和尺寸，所以樣品在Instron3369萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸測(cè)試和三點(diǎn)彎曲測(cè)試.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同表面處理對(duì)復(fù)合材料斷面形貌的影響

從未表面處理黃麻纖維復(fù)合材料斷面SEM圖(圖2)可見(jiàn)，斷裂面麻纖維拔出長(zhǎng)度較大，且纖維表面未粘有樹(shù)脂，這充分說(shuō)明黃麻纖維與基體樹(shù)脂的界面結(jié)合非常差，將直接導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能較低，所以欲獲得良好界面粘結(jié)強(qiáng)度的復(fù)合材料必須對(duì)黃麻纖維進(jìn)行表面改性處理.

圖2 未表面處理黃麻纖維復(fù)合材料斷面SEM圖

將黃麻纖維分別在120 ℃，150 ℃和180 ℃條件下熱處理4 h，并將其與環(huán)氧樹(shù)脂制成復(fù)合材料.圖3為熱處理黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料斷面SEM圖，從圖3(a)(b)可見(jiàn)，120 ℃熱處理黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料斷面黃麻纖維拔出長(zhǎng)度仍然較長(zhǎng)，黃麻纖維表面光滑，基本未粘有樹(shù)脂，這說(shuō)明黃麻纖維與樹(shù)脂界面結(jié)合仍然不佳.圖3(c)(d)為150 ℃熱處理黃麻纖維復(fù)合材料斷裂面，可以看出黃麻纖維拔出長(zhǎng)度明顯短于120 ℃熱處理的樣品，同時(shí)黃麻纖維表面粘有少量樹(shù)脂，這證明了黃麻纖維與樹(shù)脂的界面結(jié)合得到了改善.圖3(e)(f)為180 ℃熱處理黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，從圖中能明顯地看出黃麻纖維拔出的長(zhǎng)度進(jìn)一步縮短，但黃麻纖維表面粘附的樹(shù)脂仍然不多.由此可見(jiàn)，通過(guò)熱處理的黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可有限地提高黃麻纖維與樹(shù)脂的界面結(jié)合，但單純通過(guò)對(duì)黃麻纖維熱處理使復(fù)合材料力學(xué)性能提高的效果仍不太明顯.

堿處理黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料斷面SEM如圖4所示，可見(jiàn)斷裂拔出的黃麻纖維表面粘有較多的樹(shù)脂，說(shuō)明黃麻纖維與樹(shù)脂的界面結(jié)合得到了較大的改善，但纖維拔出的長(zhǎng)度比較長(zhǎng).

硅烷偶聯(lián)劑處理的黃麻纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料斷面SEM如圖5所示．從圖5(a)(b)可見(jiàn)，與熱處理和堿處理黃麻纖維相比較，硅烷處理的黃麻纖維制備的復(fù)合材料斷裂后纖維拔出的長(zhǎng)度更短.圖5(c)(d)中拔出的黃麻纖維表面粘有較多的樹(shù)脂，黃麻纖維的根部與樹(shù)脂的縫隙也非常小，這充分說(shuō)明了黃麻纖維與樹(shù)脂界面結(jié)合良好，復(fù)合材料的力學(xué)性能得到了顯著提高.

圖3 熱處理黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料斷面SEM圖

圖4 堿處理黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料斷面SEM圖

用六亞甲基二異氰酸酯(HDI)處理黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料斷面SEM如圖6所示，由圖6(a)(b)可看出，黃麻纖維拔出長(zhǎng)度較短，與硅烷處理后的情況基本一致，而由圖6(c)(d)可清楚地看到黃麻纖維表面粘有大量的樹(shù)脂，所以可以確定黃麻纖維和環(huán)氧樹(shù)脂經(jīng)過(guò)異氰酸酯處理后的界面結(jié)合良好.

圖5 偶聯(lián)劑處理黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料斷面SEM圖

圖6 異氰酸酯處理黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料斷面SEM圖

綜上所述，將黃麻纖維進(jìn)行熱處理和堿處理對(duì)復(fù)合材料的界面結(jié)合作用提升不大；而硅烷處理和異氰酸酯處理可以顯著提高黃麻纖維與基體樹(shù)脂的界面結(jié)合；為了進(jìn)一步證明以上結(jié)果，將對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試和分析.

2.2 復(fù)合材料力學(xué)性能分析

2.2.1 拉伸性能

影響樹(shù)脂基復(fù)合材料性能的主要因素有增強(qiáng)材料、基體樹(shù)脂以及基體與增強(qiáng)材料的界面粘接強(qiáng)度等.為了提高復(fù)合材料中黃麻纖維的體積分?jǐn)?shù)，實(shí)驗(yàn)中將黃麻纖維布進(jìn)行熱壓工藝處理，黃麻纖維未經(jīng)熱壓制備的復(fù)合材料麻纖維體積分?jǐn)?shù)為27.3%，經(jīng)熱壓的樣品黃麻纖維體積分?jǐn)?shù)可提高到33.6%.純環(huán)氧樹(shù)脂、未熱壓黃麻纖維復(fù)合材料及熱壓黃麻纖維復(fù)合材料試樣拉伸性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1，未熱壓麻纖維復(fù)合材料比純環(huán)氧樹(shù)脂試樣的拉伸強(qiáng)度增加了25.3%、拉伸模量提高了52.9%；而黃麻纖維布經(jīng)熱壓后制備的復(fù)合材料比純環(huán)氧樹(shù)脂試樣拉伸強(qiáng)度則增加了51.2%、拉伸模量提高達(dá)111.4%.黃麻纖維熱壓工藝使復(fù)合材料中纖維含量提高了6.3%，當(dāng)基體樹(shù)脂的粘度足夠低時(shí)，在滿足樹(shù)脂對(duì)增強(qiáng)材料的充分浸潤(rùn)前提下，制備出來(lái)的復(fù)合材料將具有更好的力學(xué)性能.可見(jiàn)黃麻纖維的熱壓工藝對(duì)提高黃麻纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的拉伸性能具有重要意義.

表1 不同處理?xiàng)l件下的黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度和模量

Tab.1 The tensile strength and modulus of jute fiber with different treatment reinforced composites

復(fù)合材料性能環(huán)氧樹(shù)脂纖維未處理偶聯(lián)劑處理纖維HDI處理纖維熱壓工藝?yán)鞆?qiáng)度39.559.763.963.2是/MPa39.549.559.057.6否拉伸模量2653.45609.27325.67796.7是/MPa2653.44057.27060.25435.8否

由表1可知，當(dāng)黃麻纖維未經(jīng)熱壓處理時(shí)，與未表面處理的黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料相比較，硅烷偶聯(lián)劑處理的黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提高了18.6%，異氰酸酯處理則提高了16.3%；硅烷偶聯(lián)劑處理黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸模量提高了71.4%，異氰酸酯處理只提高了34.0%.當(dāng)黃麻纖維經(jīng)熱壓工藝處理后，硅烷偶聯(lián)劑處理的黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度只提高了7.0%，異氰酸酯處理也只提高了5.8%；硅烷偶聯(lián)劑處理麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸模量增加了30.6%，異氰酸酯處理則增加達(dá)37.0%.由此可見(jiàn)，熱壓工藝、硅烷偶聯(lián)劑和異氰酸酯處理黃麻纖維可明顯提高復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量，這主要是由于熱壓工藝提高了復(fù)合材料中纖維的體積分?jǐn)?shù)，硅烷偶聯(lián)劑和異氰酸酯處理黃麻纖維能有效地改善黃麻纖維和樹(shù)脂基體的界面粘結(jié)強(qiáng)度，能有效地將外力在纖維和樹(shù)脂之間進(jìn)行傳遞，最終達(dá)到改善復(fù)合材料的拉伸性能的結(jié)果.

2.2.2 彎曲性能

黃麻纖維的熱壓工藝對(duì)復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的影響見(jiàn)表2，未熱壓的黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度比純樹(shù)脂只提高了14.4%，但是熱壓處理后顯著提高達(dá)到了91.9%.可見(jiàn)黃麻纖維熱壓處理對(duì)提高黃麻纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度具有重要影響.

表2 不同方法處理的黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度

Tab.2 The flexural strength of jute fiber with different treatment reinforced composites

復(fù)合材料性能純環(huán)氧樹(shù)脂纖維未處理偶聯(lián)劑處理纖維HDI處理纖維熱壓工藝彎曲強(qiáng)度150.3287.8301.4291.2是/MPa150.3171.6257.8257.9否

在黃麻纖維未進(jìn)行熱壓工藝處理時(shí)，與未表面處理的黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料比較發(fā)現(xiàn)，經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理的黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度提高了50.2%，經(jīng)異氰酸酯處理也提高了50.3%.在黃麻纖維經(jīng)熱壓處理時(shí)，經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度提高了4.6%，經(jīng)異氰酸酯處理黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料提高了1.2%.可見(jiàn)硅烷偶聯(lián)劑和異氰酸酯處理都能使黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度得到提升，但是經(jīng)熱壓工藝處理后更有利于復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的提高，并且可以適當(dāng)減小黃麻纖維的表面處理程度，降低對(duì)增強(qiáng)材料性能的破壞，這將更有利于制備高性能復(fù)合材料的要求.

3 結(jié) 論

采用硅烷偶聯(lián)劑、異氰酸酯等對(duì)黃麻纖維表面處理和麻纖維熱壓工藝，通過(guò)VARTM成型工藝制備黃麻纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，得出以下結(jié)論：

1)與熱處理和堿處理相比，硅烷偶聯(lián)劑和異氰酸酯對(duì)黃麻纖維表面處理可有效改善黃麻纖維與環(huán)氧樹(shù)脂的界面結(jié)合，顯著提高復(fù)合材料的力學(xué)性能.

2)黃麻纖維熱壓工藝處理可增加復(fù)合材料中黃麻纖維的體積含量,達(dá)到提高復(fù)合材料的力學(xué)性能的目的，未表面處理的黃麻纖維經(jīng)熱壓工藝處理后制備的復(fù)合材料纖維含量提高了6.3%，拉伸強(qiáng)度、拉伸模量和彎曲強(qiáng)度分別提高了20.6%，38.3%和67.7%.

3)硅烷偶聯(lián)劑處理和異氰酸酯處理的黃麻纖維經(jīng)熱壓處理制備的復(fù)合材料，其力學(xué)性能得到了顯著提高，而黃麻纖維的熱壓工藝處理對(duì)黃麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能提高具有重要的影響.

[1] 李新起. 苧麻纖維表面改性及其車用復(fù)合材料的研究[D]. 長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院，2011.

LI Xin-qi. Study on the surface modification of ramie fiber and the fiber reinforced polymer composites for automobile [D]. Changsha: College of Mechanical and Vehicle Engineering, Hunan University, 2011. (In Chinese)

[2] ALVES C, FERRAO P M C, SILVA A J,etal. Ecodesign of automotive components making use of natural jute fiber composites [J]. J Clean Prod, 2010, 18(4): 313-327.

[3] 劉興靜. 麻纖維表面處理及其復(fù)合材料性能研究 [D]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，2012.

LIU Xing-jing. Study on properties of natural fiber after surface treatment and fiber reinforced composites [D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Mechanization Sciences, 2012. (In Chinese)

[4] 庾斌. 表面改性苧麻/PLA復(fù)合材料的界面及力學(xué)性能研究 [D]. 上海：東華大學(xué)紡織學(xué)院，2013.

YU Bin. Study on properties of surface modified ramie/poly(lactic acid) (PLA) composites [D]. Shanghai: College of Textiles, Donghua University, 2012. (In Chinese)

[5] RAHMAN M R, HUQUE M M, ISLAM M N,etal. Improvement of physico-mechanical properties of jute fiber reinforced polypr opylene composites by post- treatment [J]. Composites Part A: Appl Science Manufac, 2008, 39(11): 1739-1747.

[6] 劉曉燁，戴干策. 黃麻纖維氈的表面處理及其增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的力學(xué)性能 [J]. 復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2006，23(5): 63-69.

LIU Xiao-ye, DAI Gan-ce. Pretreatment of jute fiber and the mechanical properties of jute fiber mat reinforced polypropylene [J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2006, 23(5): 63-69. (In Chinese)

[7] SRISUWAN S, PRASOETSOPHA N, SUPPAKARN N,etal. The effects of alkalized and silanized woven sisal fibers on mechanical properties of natural rubber modified epoxy resin [J]. Energy Procedia, 2014, 56: 19-25.

[8] 楊敏鴿，馬亞明，王俊勃，等. TDI改性苧麻纖維增強(qiáng)PE復(fù)合材料的性能 [J]. 高分子材料科學(xué)與工程，2008，24(10): 159-162.

YANG Min-ge, MA Ya-ming, WANG Jun-bo,etal. Property of TDI grafting ramie fiber reinforced PE composites [J]. Polymer Materials Science and Engineering, 2008, 24(10): 159-162. (In Chinese)

[9] SEVER K, ERDEN S, GULEC H A,etal. Oxygen plasma treatments of jute fibers in improving the mechanical properties of jute/HDPE composites [J]. Mater Chem Phys, 2011, 129(1/2): 275-280.

[10]DUIGOU A L, KERVOELEN A, GRAND A L,etal. Interfacial properties of flax fibre-epoxy resin systems: Existence of a complex interphase [J]. Composites Science Technology, 2014, 100(21): 152-157.

[11]GOPINATH A, KUMAR M S, ELAYAPERUMAL A. Experimental investigations on mechanical properties of jute fiber reinforced composites with polyester and epoxy resin matrices [J]. Procedia Engineering, 2014, 97: 2052-2063.

[12]ABDELLAOUI H, BENSALAH H, ECHAABI J,etal. Fabrication, characterization and modelling of laminated composites based on woven jute fibres reinforced epoxy resin [J]. Mater Design, 2015, 68(5): 104-113.

[13]EICHHORN S J, YOUNG R J. Composite micromechanics of hemp fibres and epoxy resin microdroplets [J]. Composites Science Technology, 2004, 64(5): 767-772.

Preparation of Jute Fibers Reinforced Epoxy Resin Composites by VART

LI Wei?，HUANG Hong-yun, WU Yong-qing

(College of Materials Science and Engineering, Hunan Univ,Changsha,Hunan 410082,China)

In this research, the jute fibers were first treated with heating, alkali, silane coupling agent and isocyanate respectively, then the jute fibers fabrics were treated with hot pressing process, and finally, the jute fiber reinforced epoxy resin composites were fabricated with VARTM molding process. Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis shows that the interface bonding of jute fibers treated with heating and alkali reinforced epoxy resin composites has not been improved, but the interface bonding of composites has been significantly improved with the jute fibers treated with silane coupling agent and isocyanate. The hot-pressing process can not only increase the jute fibers volume content in the composites but also improve the performance of composites by the jute fibers treated in advance with silane coupling agent and isocyanate. The mechanical properties of the composites show that tensile strength, modulus and flexural strength of the jute fiber treated with the silane coupling agent reinforced composite increase by 18.6%, 71.4% and 50.2%, respectively, and the tensile strength, modulus and flexural strength of the jute fiber treated with the isocyanate reinforced composite increase by 16.3%, 34.0% and 50.3%, respectively.

jute fiber；composites；hot pressing process；silane coupling agent；isocyanate

2015-01-07

湖南省科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(2013WK3018)

李 偉(1975-)，男，湖南望城人，湖南大學(xué)講師，博士

?通訊聯(lián)系人，E-mail:liwei5168@hnu.edu.cn

1674-2974(2015)12-0015-06

TQ327.8

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