木纖維增強(qiáng)木質(zhì)素-環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備與性能.pdf

1、本文首先分別對(duì)木質(zhì)素/環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂/聚酰胺、木質(zhì)素/環(huán)氧樹(shù)脂/聚酰胺三種體系的固化反應(yīng)進(jìn)行研究，通過(guò)分析活化能的變化趨勢(shì)解析體系的固化反應(yīng)歷程及木質(zhì)素在固化反應(yīng)中所起的作用。環(huán)氧樹(shù)脂與聚酰胺的固化反應(yīng)分為兩個(gè)較明顯的階段，低溫區(qū)反應(yīng)約在200℃以下，主要為環(huán)氧基與氨基的開(kāi)環(huán)反應(yīng)，其固化反應(yīng)活化能為62.1-86.2kJ/mol，平均值為69.0kJ/mol(0.2＜α＜0.8);高溫區(qū)反應(yīng)溫度區(qū)間約在200℃以上，主要為羥基的縮聚

2、或環(huán)氧樹(shù)脂的自聚反應(yīng)，其反應(yīng)活化能大于169.1kJ/mol(α＜0.8)。
　　木質(zhì)素與環(huán)氧樹(shù)脂的固化反應(yīng)是多級(jí)反應(yīng)。在反應(yīng)初期木質(zhì)素中的羥基（酚羥基、醇羥基）在較低溫度下與環(huán)氧基團(tuán)發(fā)生開(kāi)環(huán)反應(yīng)，反應(yīng)活化能約為92.0-110.0kJ/mol;然后體系中的羥基以及未反應(yīng)的環(huán)氧基團(tuán)在較高溫度下發(fā)生縮聚或醚化反應(yīng)，最終固化，其反應(yīng)活化能約為110.0-121.0kJ/mol。
　　對(duì)于木質(zhì)素/環(huán)氧樹(shù)脂/聚酰胺三元混合體系，初期

3、木質(zhì)素中酚羥基的存在可能對(duì)氨基與環(huán)氧基的開(kāi)環(huán)反應(yīng)起到催化的作用，從而降低了環(huán)氧樹(shù)脂/聚酰胺體系的活化能，其活化能的平均值為65.4kJ/mol(0.2＜α＜0.8)，與環(huán)氧樹(shù)脂/聚酰胺體系相比，降低了3.6kJ/mol。木質(zhì)素存在下，樹(shù)脂體系在固化過(guò)程中的縮聚階段的反應(yīng)更容易進(jìn)行。木質(zhì)素在與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合時(shí)不僅僅是物理混合，也能形成共價(jià)鍵鍵接。
　　本文以聚酰胺為固化劑，采用木粉為增強(qiáng)體，增強(qiáng)木質(zhì)素/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，改善復(fù)合材料的

4、力學(xué)性能、熱性能、吸水性以及蠕變性能。隨著木粉含量的增加，木粉在樹(shù)脂體系中的分布趨于密集，但并未發(fā)現(xiàn)明顯的木粉團(tuán)聚現(xiàn)象。木粉與木質(zhì)素、木粉與樹(shù)脂基體及木質(zhì)素與樹(shù)脂基體等不同組分間的相容性較好。復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度均隨木粉添加量的增多而增大。隨著木粉含量的增加，復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量得到提高，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度則逐漸降低。隨木粉含量的增加，復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性逐漸降低，當(dāng)木質(zhì)素完全被木粉替代后材料的熱穩(wěn)定性略有提高。復(fù)合材料的吸水率隨木粉含

5、量的增加而逐漸增大。
　　增強(qiáng)體木粉的粒徑對(duì)復(fù)合材料的性能也有較明顯的影響。隨著木粉粒徑的減小，木粉在樹(shù)脂體系中的分布更均勻，組分間仍然具有較好的相容性，不同粒徑增強(qiáng)的復(fù)合材料的斷面形貌顯示材料的破壞形式相同。復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度以及沖擊強(qiáng)度均隨木粉粒徑的減小，先增大，后下降，粒徑適中的木粉增強(qiáng)的復(fù)合材料具有較好的力學(xué)性能。隨木粉粒徑的減小，復(fù)合材料在常溫下的儲(chǔ)能模量先上升后下降，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度逐漸升高。隨木粉粒徑的減小，復(fù)合材料的