在自然纤维增强热塑性复合材料中通过表面处理和矩阵功能化提高机械性能
Ângela Pinto1, Dina Esteves1, Luís Nobre1
1Fibrenamics, Institute of Innovation on Fibre-Based Materials and Composites, University of Minho, 4800-058 Guimarães, Portugal.
Polymers
|February 26, 2025
概括
像亚麻这样的天然纤维,用二碳酸处理并用纤维素纳米晶体 (CNC) 增强,显著提高了热塑性复合材料的屈曲强度. 这种处理提高了先进材料应用的机械性能.
科学领域:
- 材料科学与工程 材料科学与工程
- 聚合物科学 聚合物科学
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 热塑性复合材料为传统材料提供可持续的替代品.
- 由于表面特性,天然纤维在矩阵粘附方面存在挑战.
- 众所周知,纤维素纳米晶体 (CNC) 可以增强聚合物矩阵特性.
研究的目的:
- 研究化学处理的天然纤维和CNC对热塑性复合材料性能的影响.
- 优化亚麻纤维的处理,以提高机械性能.
- 评估CNC整合对光纤/矩阵接口和整体强度的影响.
主要方法:
- 亚麻纤维经过化学处理,使用二碳酸 (NaHCO3) 溶液进行不同时间的化学处理.
- 接触角测量评估了纤维表面张力的变化.
- 复合材料使用反应性甲基甲酸盐 (MMA) 树脂 (Elium®),经过处理的亚麻纤维和各种度的CNC通过压缩成型来制造.
主要成果:
- 在48小时内用9%的NaHCO3处理的亚麻纤维显示出由于去除杂质和暴露基组而增强的曲强度.
- 在MMA树脂中加入1%的CNC显著改善了纤维/矩阵接口.
- 随着CNCs的添加,观察到曲强度的显著增加38%.
结论:
- 用NaHCO3对天然纤维进行化学处理,有效地提高了它们与热塑性矩阵的兼容性.
- 纤维素纳米晶体在改善天然纤维增强复合材料的界面粘附方面发挥着至关重要的作用.
- 经过处理的天然纤维和CNC的结合方法为开发高性能,可持续的复合材料提供了一个可行的策略.
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