劍麻纖維聚丙烯類復(fù)合材料的制備及燃燒性能測(cè)試

黃雪秋

摘要：本文主要研究偶聯(lián)處理后的劍麻纖維（SF）對(duì)聚丙烯的性能影響，以馬來酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）作為界面相容劑，制備聚丙烯/劍麻纖維馬來酸酐接枝聚丙烯（PP/ SF/PP-g-MAH）復(fù)合材料，考察不同SF的加入量對(duì)復(fù)合材料燃燒性能的影響。

關(guān)鍵詞：劍麻纖維；聚丙烯；硅烷偶聯(lián)劑；復(fù)合材料；性能

劍麻，是一種常見的龍舌草屬植物。用天然纖維——?jiǎng)β樵鰪?qiáng)PP材料有很好的優(yōu)勢(shì)。它符合材料向綠色化，可回收的要求。劍麻纖維（SF）可用來制造的地毯、內(nèi)墻裝飾、襯墊等。鑒于劍麻具有密度小、比強(qiáng)度和比模量高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，其作為復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料將具有廣泛的應(yīng)用空間。劍麻纖維經(jīng)過改性處理， 一方面提高了纖維素的含量和力學(xué)性能， 另一方面處理后的纖維表面積增加， 改善了纖維和樹脂的界面. 利用處理纖維制備的復(fù)合材料的摩擦系數(shù)適中， 隨溫度波動(dòng)小， 表明劍麻纖維可能可以代替石棉在摩擦材料中的應(yīng)用[1]。一些實(shí)踐表明，采用劍麻布作為拋光材料無論在效率或是效果上要明顯優(yōu)于普通棉布和化纖布類[2]。

由于劍麻纖維中存在大量羥基，具有親水性，而大部分聚合物具有憎水性，不利于纖維與塑料基體的界面粘結(jié)[3]。聚丙烯接枝馬來酸酐（PP-g-MAH）作為界面相容劑，與PP有著良好的相容性，可改善天然纖維與PP的相容性。

1.方案設(shè)計(jì)

本文選PP作為基體塑料，改性SF作為增強(qiáng)劑，PP-g-MAH作為界面增容劑。將SF通過堿和硅烷偶聯(lián)劑表面處理后與PP、PP-g-MAH通過共混擠出，注塑等工藝得到PP/SF/PP-g-MAH復(fù)合體系。

2. 實(shí)驗(yàn)部分

2.1.偶聯(lián)處理

將烘干的劍麻纖維用濃度5%的硅烷偶聯(lián)劑和KH-55的乙醇制得的硅烷偶聯(lián)劑溶液浸泡1.5h，然后用去離子水洗凈，放在80℃的烘箱中烘至恒重。最后用剪刀將劍麻纖維剪成3mm至5mm的短纖維。

將剪好的劍麻纖維、PP、PP-g-MAH按照一定配方在高速混合機(jī)中混合均勻，備用。

2.2 擠出實(shí)驗(yàn)

依次接通擠出機(jī)的總電源和加熱開關(guān)，設(shè)置各段溫度如表3所示，待溫度升至設(shè)定溫度后，恒溫半小時(shí)。

檢查冷卻系統(tǒng)和真空系統(tǒng)的氣密性，打開水閥啟動(dòng)冷卻系統(tǒng)，將備用的原料加入料筒中進(jìn)行擠出造粒實(shí)驗(yàn)。其中喂料頻率設(shè)置為46.8Hz，主機(jī)頻率設(shè)置為8.0Hz 。將造好的粒料在溫度設(shè)置為80℃ 的烘箱中烘干至恒重。將第一次擠出造粒得到的原料再在相同條件下進(jìn)行第二次擠出造粒，最后將粒料在溫度設(shè)置為80℃ 的烘箱中烘干至恒重，備用。

2.3 注塑成型實(shí)驗(yàn)

打開注塑機(jī)的電源開關(guān)，將注塑機(jī)各區(qū)溫度設(shè)置如表4所示，啟動(dòng)加熱，當(dāng)溫度到達(dá)設(shè)置溫度后，恒溫30min后，加料，設(shè)置注塑機(jī)為半自動(dòng)，開始注塑成型。

將注塑好的樣條在干燥環(huán)境中放置24h，得到劍麻纖維復(fù)合材料。

2.4 燃燒性能測(cè)試

本方法是采用水平的夾住試樣的一端，對(duì)試樣段施加規(guī)定的氣體火焰，通過測(cè)試線性燃燒速度來評(píng)價(jià)試樣的燃燒性能。

選取注塑樣條尺寸長(zhǎng)為125mm，寬為13mm，厚為3mm。在距離試樣一端25mm和100mm處垂直于長(zhǎng)軸畫兩條標(biāo)線。將試樣水平加持在試樣夾上，試樣與縱軸平行，與橫軸傾斜45?，在下方放一水盤，點(diǎn)著本生燈并調(diào)節(jié)火焰，是燈管在垂直位置時(shí)火焰高度為20mm，將本生燈傾斜45?。打開電源，運(yùn)行，通過“計(jì)時(shí)控制”按鈕記錄樣條從第一條標(biāo)線燒至第二條標(biāo)線的時(shí)間。取三條樣條的平均燃燒時(shí)間，根據(jù)下述公式計(jì)算燃燒速率。

3.討論

由表7可知，隨著劍麻纖維含量的增加PP復(fù)合材料的水平燃燒速度增加。PP屬于易燃塑料，而劍麻纖維其體表面積比較小，也非常容易燃燒，且其燃燒速度要快于PP材料，所以隨著改性SF含量的增加，其燃燒速度成增長(zhǎng)趨勢(shì)。若在SF改性方面考慮阻燃的性能，通過阻燃改性后將進(jìn)一步拓寬其應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁小波，楊桂成，曾漢民.劍麻纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J]，中山大學(xué)聚合物復(fù)合材料和功能材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，材料導(dǎo)報(bào)，2005，19（2）：63.

[2]XU Xin，CHENG Guangxu，LIU Feiqing.Modifying of sisal and frietion Performance of the sisal reinforcedresin composite，Acta Materiae Compositae Sinica ， 23（1）， 129（2006）.

[3]王璐琳，何莉萍，田永，屈偉平.表面處理對(duì)劍麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料力學(xué)性能的影響[J]， 湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，機(jī)械工程材料， 2008，，32（5）：58.