劍麻纖維聚丙烯類復合材料的制備及燃燒性能測試

黃雪秋

摘要：本文主要研究偶聯處理后的劍麻纖維（SF）對聚丙烯的性能影響，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）復合材料，考察不同SF的加入量對復合材料燃燒性能的影響。

關鍵詞：劍麻纖維；聚丙烯；硅烷偶聯劑；復合材料；性能

劍麻，是一種常見的龍舌草屬植物。用天然纖維——劍麻增強PP材料有很好的優勢。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、內墻裝飾、襯墊等。鑒于劍麻具有密度小、比強度和比模量高、價格低廉等優點，其作為復合材料中的增強材料將具有廣泛的應用空間。劍麻纖維經過改性處理， 一方面提高了纖維素的含量和力學性能， 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合材料的摩擦系數適中， 隨溫度波動小， 表明劍麻纖維可能可以代替石棉在摩擦材料中的應用[1]。一些實踐表明，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[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.方案設計

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

2. 實驗部分

2.1.偶聯處理

將烘干的劍麻纖維用濃度5%的硅烷偶聯劑和KH-55的乙醇制得的硅烷偶聯劑溶液浸泡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中混合均勻，備用。

2.2 擠出實驗

依次接通擠出機的總電源和加熱開關，設置各段溫度如表3所示，待溫度升至設定溫度后，恒溫半小時。

檢查冷卻系統和真空系統的氣密性，打開水閥啟動冷卻系統，將備用的原料加入料筒中進行擠出造粒實驗。其中喂料頻率設置為46.8Hz，主機頻率設置為8.0Hz 。將造好的粒料在溫度設置為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行第二次擠出造粒，最后將粒料在溫度設置為80℃ 的烘箱中烘干至恒重，備用。

2.3 注塑成型實驗

打開注塑機的電源開關，將注塑機各區溫度設置如表4所示，啟動加熱，當溫度到達設置溫度后，恒溫30min后，加料，設置注塑機為半自動，開始注塑成型。

將注塑好的樣條在干燥環境中放置24h，得到劍麻纖維復合材料。

2.4 燃燒性能測試

本方法是采用水平的夾住試樣的一端，對試樣段施加規定的氣體火焰，通過測試線性燃燒速度來評價試樣的燃燒性能。

選取注塑樣條尺寸長為125mm，寬為13mm，厚為3mm。在距離試樣一端25mm和100mm處垂直于長軸畫兩條標線。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，點著本生燈并調節火焰，是燈管在垂直位置時火焰高度為20mm，將本生燈傾斜45?。打開電源，運行，通過“計時控制”按鈕記錄樣條從第一條標線燒至第二條標線的時間。取三條樣條的平均燃燒時間，根據下述公式計算燃燒速率。

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，其燃燒速度成增長趨勢。若在SF改性方面考慮阻燃的性能，通過阻燃改性后將進一步拓寬其應用范圍。

參考文獻：

[1]梁小波，楊桂成，曾漢民.劍麻纖維增強復合材料的研究進展[J]，中山大學聚合物復合材料和功能材料教育部重點實驗室，材料導報，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.表面處理對劍麻纖維增強聚丙烯復合材料力學性能的影響[J]， 湖南大學汽車車身先進設計制造國家重點實驗室，機械工程材料， 2008，，32（5）：58.