43、复合材料机械性能影响因素及石墨烯纳米复合材料研究

复合材料机械性能影响因素及石墨烯纳米复合材料研究

一、复合材料聚合物选择与纤维处理

在复合材料的制造中，聚合物的选择至关重要。用于制造复合材料的聚合物可分为热固性和热塑性两类。工程中常用多种聚合材料作为复合材料的基体材料，基体材料的选择取决于部件的用途和使用条件，而增强材料的选择则由两个因素决定：一是材料的特性，二是其增加到部件总成本中的成本。高性能复合材料的基体通常由聚丙烯（PP）、环氧树脂（聚环氧化物）、聚氯乙烯（PVC）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚酯等组成。相同的纤维与不同的聚合材料结合会呈现出不同的性能。

纤维表面处理是影响复合材料机械性能的重要参数。因为纤维与基体材料之间的界面粘结必须牢固，而这只能通过纤维的表面处理来实现。纤维表面处理可以减少纤维表面的半纤维素、木质素等成分，使表面变得粗糙、结晶且疏水，从而更好地与基体材料分散。常见的化学处理方法包括：
- 碱处理（丝光处理） ：破坏氢键，使表面粗糙，暴露纤维素，便于与基体发生反应。
- 乙酰化处理 ：一种酯化方法，使纤维素纤维塑化，表面疏水。
- 苯甲酰化处理 ：使用苯甲酰氯，改善纤维与基体的粘结，提高热稳定性，降低复合材料的吸水率。

此外，生物和物理方法也可用于改善天然纤维的质量。生物方法利用生物有机体使纤维表面粗糙，除纤维素外的其他部分被降解，该方法成本低、能产生更具结晶性的纤维素，且更环保，但耗时费力。物理方法如等离子体和电晕处理可使纤维表面更粗糙，有利于机械联锁。

实验表明，经过处理的纤维制成的复合材料在拉伸、弯曲和夏比冲击强度方面表现更优。例如