日前，來自美國生物復(fù)合材料公司Sunstrand的研究人員改進(jìn)了天然纖維的上漿工藝，使它與偶聯(lián)劑直接作用，為提高天然纖維與樹脂間結(jié)合力提供了一條便宜之路。
生物纖維作為一種天然纖維而非合成纖維有著重要意義。在復(fù)合材料制造領(lǐng)域最關(guān)注的兩點(diǎn)是其親水性和其與樹脂間較差的結(jié)合性(包括熱塑性樹脂和熱固性樹脂)。盡管這兩個(gè)領(lǐng)域都存在問題，但關(guān)于纖維的吸放濕性的解決辦法卻相對(duì)比較容易：可通過加熱、使用干燥劑或雙管齊下，將纖維干燥成球或氈片，以確保它在加工成型前保持干燥。
如何解決天然纖維與高分子材料固有的較差連接性是由來已久的技術(shù)難題。最普遍也最簡單的處理方法是用樹脂及偶聯(lián)劑處理需要連接的材料。通過化學(xué)方法在樹脂和纖維之間引入強(qiáng)力的鍵和。但是Sunstrand公司的Riddle博士認(rèn)為這種方法存在很多不足而且收效甚微。
根據(jù)Riddle的觀點(diǎn)，偶聯(lián)劑的濃度通常在3%左右(即每100g樹脂添加3g的偶聯(lián)劑)。偶聯(lián)劑可通過其自身的功能團(tuán)改性聚合物，從而加強(qiáng)樹脂與纖維的結(jié)合。但它不能直接改性纖維。在復(fù)合材料中，如果纖維含量為25%，那么樹脂的含量則要比纖維的3倍還多。這意味著大部分經(jīng)偶聯(lián)劑改性的聚合物并沒有和纖維發(fā)生連接，而是僅僅浮在纖維間的樹脂聚集區(qū)。雖然已經(jīng)證實(shí)添加偶聯(lián)劑可以起到一定的助聯(lián)作用，但因它們無法自行遷移至結(jié)合區(qū)，且必須與樹脂均勻混合，所以為了加強(qiáng)結(jié)合強(qiáng)度，必須在樹脂中添加更多的偶聯(lián)劑，而這必然會(huì)帶來了材料的耗費(fèi)和成本的上升。
Riddle認(rèn)為更好的方法是將偶聯(lián)劑直接放置到需要它的地方——即纖維處，從而直接對(duì)纖維改性。該方法目前已針對(duì)玻璃纖維進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。直接對(duì)纖維改性是提升結(jié)合力的更有效方法，因?yàn)樗械睦w維表面都可用來與聚合物聯(lián)接。問題是目前科學(xué)家并沒有針對(duì)天然纖維的上漿工藝做出大量研究。Riddle指出傳統(tǒng)的上漿工藝確實(shí)起到了一些作用，但是僅僅“一些”是不夠的。化學(xué)作用在天然纖維上無法像在玻璃纖維上那樣很好地進(jìn)行，畢竟它是針對(duì)玻璃纖維設(shè)計(jì)的。
Riddle表示，Sunstrand有關(guān)于改進(jìn)天然纖維上漿工藝的研究項(xiàng)目，其中化學(xué)和機(jī)械處理都是必要的，目前已經(jīng)報(bào)道了一些已被證實(shí)可有效改善纖維/樹脂結(jié)合力的方法。他說：“期望在不久的將來，通過這些改性研究我們可以更經(jīng)濟(jì)地使用某些超高性能纖維。”
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