[发明专利]一种超临界CO2辅助制备苎麻纤维/环氧树脂复合材料的方法

说明书

本发明属于纤维增强树脂基复合材料领域，公开一种超临界CO₂辅助制备苎麻纤维/环氧树脂复合材料的方法。将苎麻纤维分散在乙醇中，之后放入超临界CO₂处理装置中，在60~80℃、20~30 Mpa下处理30~60 min；处理结束后卸压至常压，取出苎麻纤维，将其在N₂气氛中200~300℃下热处理40~60 min；将热处理后的苎麻纤维重新放入超临界CO₂处理装置中，同时将SiC颗粒、纳米二氧化硅、固化剂加入环氧树脂中混匀，将混匀后的物料倒入超临界CO₂处理装置中浸泡住苎麻纤维，在40~60℃、20~30Mpa下处理30~60 min；处理结束后卸压至常压，取出苎麻纤维，室温晾干，加压成型，固化，即得苎麻纤维/环氧树脂复合材料。本发明制备的苎麻纤维/环氧树脂复合材料具有优异的力学性能。

技术领域

本发明属于纤维增强树脂基复合材料领域，尤其涉及一种超临界CO₂辅助制备苎麻纤维/环氧树脂复合材料的方法。

背景技术

植物纤维具有轻质、无毒、低成本、高的比强度和比模量及可生物降解特性，其中，苎麻纤维在中国来源广泛，被称作“中国草”，其力学性能较为优异，拉伸强度为400~938MPa，拉伸模量为 61.4~128 GPa。因此，它是纤维增强树脂基复合材料理想的增强体。纤维与树脂的界面结合状态是决定复合材料力学性能优劣的重要因素之一。苎麻纤维具有一定的亲水性，与疏水性环氧树脂的相容性差，导致了其界面粘结性能较弱，无法有效地将外加载荷由环氧树脂通过界面传递到增强纤维，最终使得复合材料承载能力不够理想。因此，在制备苎麻纤维增强树脂基复合材料前通常需要对纤维进行改性以降低其亲水性及吸湿性，以此来提高复合材料的界面粘结力。

超临界CO₂流体是界于气态和液态之间的一种特殊状态的流体，临界温度为31.04℃，临界压力为7.38 MPa，只需改变压力，就可以在近常温的条件下萃取和分离物质。超临界CO₂具有气体的流动性和液体的密度，因此，它具备液体的溶解能力和气体的传质能力，其同时具有很大的可压缩性，在临界点附近，温度和压力的极小变化即可引起流体的密度、介电常数、极化率和分子行为等产生较大的变化。此外，超临界CO₂还具有临界条件容易实现、无毒无味、不可燃、溶解力强、操作安全等优点。鉴于超临界CO₂的诸多优点，可将其用于纤维的改性来提高其与树脂基复合材料的力学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超临界CO₂辅助制备苎麻纤维/环氧树脂复合材料的方法，从而克服现有技术中苎麻纤维与树脂界面结合状态差的缺点，同时制备得到的苎麻纤维增强树脂基复合材料具有优异的力学性能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种超临界CO₂辅助制备苎麻纤维/环氧树脂复合材料的方法，步骤如下：

（1）、将苎麻纤维分散在乙醇中，之后放入超临界CO₂处理装置中，在60~80 ℃、20~30Mpa下处理30~60 min；处理结束后卸压至常压，打开超临界CO₂处理装置取出苎麻纤维，将其在N₂气氛中200~300 ℃下热处理40~60 min；

（2）、将步骤（1）热处理后的苎麻纤维重新放入超临界CO₂处理装置中，同时将SiC颗粒、纳米二氧化硅、固化剂加入环氧树脂中混匀，将混匀后的物料倒入超临界CO₂处理装置中浸泡住苎麻纤维，在40~60 ℃、20~30 Mpa下处理30~60 min；处理结束后卸压至常压，打开超临界CO₂处理装置取出苎麻纤维，室温晾干，加压成型，固化，即得苎麻纤维/环氧树脂复合材料。

较好地，步骤（1）中，乙醇的质量分数为30~50%。