黄麻纤维（精选3篇）
黄麻纤维 篇1
近年来,以黄麻、苎麻、剑麻和亚麻等植物纤维为增强体的聚合物基复合材料研制日益受到科技人员的重视[1,2,3]。这是因为植物纤维复合材料具有较高的机械强度和节能环保等优点[4]。然而,亲水性的植物纤维与亲油性的聚合物基树脂不相容以及植物纤维固有的吸水性问题限制了该类复合材料的使用范围[5,6]。化学接枝是解决相容性与吸水性问题的有效手段,化学接枝的主要方法集中于硅烷偶联剂系列、异氰酸酯系列。研究表明用小分子修饰植物纤维的表面可以增容和改善复合材料的拉伸强度及弹性模量,但对材料的冲击强度增加有限[7],采用大分子偶联剂接枝植物纤维效果较好,这是因为:(1)大分子偶联剂具有较长的分子链,与小分子偶联剂相比,能更加有效地嵌入树脂基体,实现增强体与基体互溶渗透;(2)大分子偶联剂能够同时与增强体和基体生成共价键,实现基体应力到增强体的有效传递;(3)大分子偶联剂能在基体与增强体之间形成柔性界面,有效地耗散来自外部冲击载荷从而提高材料的韧性。腰果酚(CNSL)是由腰果壳加工提炼精制的天然有机化合物,其结构特点为苯酚间位上带有15个碳原子不饱和双键的长链烯烃。我国是黄麻纤维的生产大国,产量仅次于孟加拉国和印度且价格低廉,其力学性能略次于亚麻纤维。黄麻纤维作为复合材料的增强体替代传统的合成纤维如玻璃纤维芳纶纤维具有较大的应用潜力。
CNSL的酚羟基和黄麻纤维的羟基的反应活性均较低,为此采用高活性的甲苯二异氰酸酯(TDI)与CNSL的酚羟基和黄麻纤维羟基发生键合。本研究首先制得大分子偶联剂TDI-CNSL,然后接枝于黄麻纤维上,研究结果证明CNSL-TDI接枝黄麻纤维的有效性,最后对接枝前后黄麻纤维的耐热性及吸水性进行了评价。
1 实验部分
1.1 主要原料
黄麻纤维绳,江西省鄱阳县宏达棉麻纺织有限公司;TDI,烟台万华股份有限公司;CNSL(纯度>98%),上海物竞化工有限公司;二月桂酸二丁基锡(T-12,工业品),上海雨田化工有限公司;氢氧化钠(分析纯),无锡市达妮化工厂;丙酮(分析纯),国药集团化学试剂有限公司。
1.2 样品制备
1.2.1 接枝前处理(碱处理)
将黄麻纤维绳置于浓度为6%的氢氧化钠溶液中(固液质量比为1∶20)加热煮沸,冷却静置4h。取出碱处理后的黄麻纤维绳,用自来水淘洗至中性(pH=7),然后纯净水洗涤1次,自然晾干后置于105℃的红外线干燥箱中干燥至恒重而后转移至干燥器中备用。
1.2.2 接枝处理
CNSL-TDI偶联剂的合成:经测试黄麻纤维具有反应活性羟基的数目为1.6×10-3mol/g。称取8.7g的TDI(0.05mol)和50mL的溶剂丙酮置于250mL带有电动搅拌和冷凝回流温控装置的三口烧瓶中,量取50mL的丙酮、15g(0.05mol)的CNSL和1mL的催化剂T-12转移至150mL的滴液漏斗,将滴液漏斗安装到三口烧瓶的1个磨口上,控制油浴加热的温度为60℃。启动搅拌器开始搅拌,打开滴液漏斗旋塞开始滴液,约1.5h滴完后,再搅拌反应0.5h结束大分子偶联剂的合成。
接枝反应:将准确计量的长度约15mm的黄麻纤维投入上述反应装置中,再补加溶剂丙酮50mL和1mL催化剂T-12,中速搅拌冷凝回流,控制反应温度为60℃,反应时间为2h。
1.2.3 分离提纯
将接枝处理后的黄麻纤维全部转移至索氏提取器的提取管中,在500mL的单口圆底烧瓶中加入250mL的丙酮溶剂,控制油浴温度为60℃,打开冷凝器进行冷凝回流,抽提24h。抽提结束后,将接枝黄麻纤维转移至真空干燥箱中抽真空1h。取出样品于分析天平上称重计量。
1.3 测试与表征
采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR,FT-IR-8400S型,日本Shimadzu公司)对样品进行测试。采用多功能成像电子能谱仪(XPS,Thermo ESCALAB 250XI型,美国赛默飞世尔科技公司)对样品进行测试。采用超高分辨冷场发射扫描电子显微镜(SU8020型,日本Hitachi公司)对样品进行测试,样品表面喷金,加速电压15kV。采用热重-差示扫描热量仪(SDT,Q600V20.9Build 20型,美国TA公司)对样品进行测试,升温范围为室温至600℃,N2保护,升温速度为10℃/min。
接枝率计算:准确计量接枝前(g0)、后(g1)黄麻纤维的质量(g);接枝率为G,计算式见式(1)。
吸水性计算:将CNSL-TDI接枝的黄麻纤维样品在70℃的烘箱中干燥4h后放入干燥器内冷却至室温后称重,质量记为m0(g),然后将其浸入到30℃的恒温水浴槽中,待到设定的时间间隔后,将样品取出,用滤纸吸干样品表面水分并在分析天平上称重记为m1(g),计算吸水率W,计算式见式(2)。
2 结果与讨论
2.1 FT-IR分析
黄麻纤维接枝CNSL-TDI前、后的FT-IR谱图见图1。从图可知,样品波数为3113~3673cm-1范围内,大而宽的峰归属于—OH的伸缩振动,由于黄麻纤维表面羟基在分子内和分子间形成氢键,因此峰形变宽。经过CNSL-TDI接枝后,峰形变钝,强度减弱,此现象应该是接枝后羟基数目减小之故;波数为3010cm-1归属于苯环上的C—H伸缩振动;波数为2916cm-1的吸收峰归属于接枝链上甲基和亚甲基的对称与不对称伸缩振动;波数为1735cm-1的吸收峰应归属于酯类有机物羰基C=O的伸缩振动;波数为1591、1600cm-1归属于苯环的结构特征吸收峰;1536cm-1的吸收峰应归因于氨基N—H的变形振动,波数为3080cm-1的吸收峰归因于氨基N—H伸缩振动;波数为1649cm-1的吸收峰归因于不饱和C=C双键的吸收峰;1220cm-1归属于N—C键的伸缩振动。上述分析对CNSL-TDI接枝黄麻纤维提供了有用的信息。
2.2 XPS分析
接枝CNSL-TDI前(a)后(b)黄麻纤维的XPS谱图见图2。样品中C、N和O元素浓度见表1。从图和表1可以看到,接枝前后C、O和N 3种元素的浓度发生了重要变化。从图(a)和表1可以看到C元素含量为67.67%,O为30.04%,几乎看不到N元素的存在,在表1中N的含量仅为2.29%,这是黄麻纤维本体成分。从图(b)和表1可以看到,接枝后黄麻纤维表面由于引入了TDI和CNSL,CNSL的长碳链中C的含量增加至77.19%,N元素的含量增加至16.09%,但O元素的含量降至6.72%。
2.3 SEM分析
CNSL-TDI接枝前(a)后(b)黄麻纤维SEM图见图3。从图(a)可以清晰地看到接枝前经过NaOH处理的黄麻纤维表面虽然显粗糙但是干净没有其他物质存在;而经过CNSL-TDI接枝后的黄麻纤维被类似“霜雪状的物质”涂覆,见图(b)。整个接枝过程中,所用的化学试剂有CNSL、TDI、溶剂丙酮、催化剂T-12,其中未参与接枝反应的CNSL、TDI及T-12经过索氏提取器24h抽提均已除去,丙酮经真空干燥也被脱除,“霜雪状的物质”应该是接枝的CNSL-TDI。
2.4 接枝率
经分析天平称重,g0为CNSL-TDI接枝前黄麻纤维的质量2.2441g;g1为CNSL-TDI接枝后黄麻纤维的质量2.5868g,增重质量为0.3427g,接枝率为15.27%。
2.5 吸水性试验
天然纤维复合材料的吸水性是评价天然纤维复合材料性能的一个重要指标。天然纤维复合材料的吸水性主要决定于增强体的吸水率。CNSL-TDI接枝前后黄麻纤维的吸水率图见图4。从图可以看出,接枝前黄麻纤维的吸水率在3d后达到平衡值72.3%,而接枝后的黄麻纤维在2d后吸水率即达到最大值17.7%。吸水率的不同主要归因于黄麻纤维的化学接枝,长链的大分子偶联剂具有强烈的憎水性。
2.6 热分析
经NaOH处理后黄麻纤维的热失重曲线见图5。从图可知,在18~100℃之间黄麻纤维质量的损失应归因于水分的蒸发;随后黄麻纤维的质量保持不变至263℃开始降解,失重率为8%,此阶段的质量的减少应当对应于半纤维素的降解和分解;第一拐点出现于290℃附近;第二拐点出现于350℃,在此温度下,热失重率达到61.27%,在此阶段的质量损失应归因于纤维素与木质素的降解分解。
经CNSL-TDI接枝黄麻纤维的热失重曲线见图6。从图可以看到在18~100℃之间,CNSL-TDI接枝的黄麻纤维质量几乎没有明显的减少,这说明经过接枝处理后黄麻纤维能有效地降低黄麻纤维吸水性;第一拐点在300℃附近出现,此时对应的热失重率为11.26%,在350℃时热失重率为27.84%;第二拐点出现于400℃,失重率为75.23%。这些差异主要归结于黄麻纤维经过接枝处理后,接枝链上含有2个耐热性的苯环,耐热性得到提高。
接枝前样品的曲线向下“凹”,接枝后向上“凸”,表明接枝CNSL-TDI后黄麻纤维的耐热性得到提高。
3 结论
(1)通过红外光谱、X射线光电子能谱、SEM电镜、热分析对比研究证明CNSL-TDI接枝黄麻纤维的有效性,接枝率达到15.27%。
(2)经过CNSL-TDI接枝黄麻纤维的吸水率小于接枝前的吸水率,接枝后的黄麻纤维在吸水2d后的吸水率最大值为17.7%。
(4)经过CNSL-TDI接枝的黄麻纤维的耐热性得到提高,在350℃时,未经CNSL-TDI接枝的黄麻纤维失重率为61.27%;而经CNSL-TDI接枝的黄麻纤维失重率为27.84%。
经过CNSL-TDI接枝的黄麻纤维性能优良,有较好的市场应用潜力。
参考文献
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黄麻纤维 篇2
随着人们环保意识的提高,摩擦材料也向环境友好型发展,主要表现为填料、增强纤维等在高温分解后无毒、无害,不对环境构成负担。增强纤维是摩擦材料中的重要组份,通过承受载荷、传递载荷而有效提高摩擦材料的强度及摩擦磨损性能等指标。因此,增强纤维的种类、改性方法以及纤维的长径比等参数尤为重要[1]。目前天然植物以其资源丰富、价格低廉、比强度高等优点已引起学者们的广泛关注[2,3,4]。黄麻纤维属于天然植物纤维中的韧皮纤维,人称最好的天然生物纤维之一,其主要化学成分及物理、机械性能见表1、表2。
本文选用黄麻纤维作为摩擦材料增强相,在对其碱洗处理基础上,改变其长径比,探讨长径比对摩擦磨损性能的影响,并进行磨损机理分析,为天然植物纤维增强摩擦材料提供有效的结构参数。
1 材料与方法
1.1 纤维直径测量及试样制备
试验用黄麻纤维来自浙江安吉正兴联麻纺织有限公司生产,基体材料丁腈橡胶改性酚醛树脂为山东圣泉-海沃斯化工有限公司生产。为了加强黄麻纤维与酚醛树脂基体的相容性,对纤维进行碱处理[9]。利用体视显微镜(上海仪圆化学仪器有限公司,YYT-450)对处理后纤维的直径进行测量,直径区间为300~450mm,平均直径约为400mm。利用剪切机将纤维制成长度为2mm、4mm、6mm、8mm及10mm,备用。
设定基础配方中纤维含量为6wt.%,纤维的长径比分别设定为5:1、10:1、15:1、20:1及25:1。量取各种原料于混料机中进行搅拌,在160℃、50MPa压力条件下于热压机(吉林省旺达机械有限公司,JFY50)热压成型,热处理后制备成55mm×55mm×8mm的试样备用。
1.2 摩擦磨损试验
在定速摩擦性能试验机(吉林省旺达机械有限公司生产,JF150D-Ⅱ型)上分别进行摩擦磨损性能试验测试。试验中采用摩擦因数均值(即在盘温分别为100℃、150℃、200℃、250℃及300℃时摩擦因数的平均值)及比磨损速率总和(即在盘温分别为100℃、150℃、200℃、250℃及300℃时比磨损速率的总和)表征摩擦磨损性能。
利用JSM5310型扫描电子显微镜观察摩擦材料磨损表面并进行磨损机理分析。
2 结果与分析
2.1 黄麻纤维长径比摩擦磨损性能影响分析
可见,黄麻纤维长径比对摩擦因数均值的影响不十分明显,只是当长径比为15:1时,摩擦因数均值略高于其它长径比情形。
比磨损速率总和随着纤维长径比的增大呈先减小后增大趋势,在长径比为15:1时磨损率取得最小值,即2.95×10-7cm3·N-1·m-1。在摩擦材料中纤维起着承受载荷、传递载荷的作用。长径比小的黄麻纤维在基体中分散较好,比表面积越大,与基体的接触面积较大,从而能有效提高摩擦材料的强度。但当长径比过大或者超过一定范围时,混料时不易均匀,导致纤维团聚缠结现象出现,而且在与基体、填料等进行热压过程中,纤维更容易发生变形,从而影响纤维对载荷的有效传递;此外,当纤维与基体发生界面分离时,长径比较大的纤维很难嵌入材料或者空隙中去。上述因素均会在一定程度上导致摩擦材料的比磨损速率总和的增大。
2.2 黄麻纤维增强摩擦材料磨损机理分析
在低温阶段(<200℃),摩擦过程中产生的磨屑以及配方中的磨粒会脱落并出现在摩损表面,但这些磨粒很大程度上会嵌入到黄麻纤维或其细胞腔中,因此,由微观犁切引起的犁沟很少见(见图2)。可见,磨粒磨损不是其主要磨损机制,这也是天然植物纤维与金属纤维增强摩擦材料磨损机理的不同之处。
在摩擦过程中,黄麻纤维、配方中各种填料及基体的硬度不同(尤其当温度升高到树脂的软化点后),从而接触不均匀(见图2-a、b、c),在高温、高压条件下接触点便形成局部粘着点,粘着磨损产生。
摩擦过程中,摩擦盘表面的微凸体作用在摩擦材料表面,在一定深度的表层材料处于微凸体的拉力、压力的交变作用,随着摩擦时间的延长及盘温的升高,磨损表面会形成微裂纹并进一步扩展,最终导致疲劳磨损发生(见图2-d),从而引起比磨损速率急剧增大。
3 结论
3.1 摩擦磨损试验结果表明
黄麻纤维长径比对摩擦因数均值的影响不十分明显,只是当长径比为15:1时,摩擦因数均值略高于其它长径比情形。比磨损速率总和随着纤维长径比的增大呈先减小后增大趋势,在长径比为15:1时比磨损率总和取得最小值,即2.95×10-7cm3·N-1·m-1。
3.2 磨损表面微观分析表明
粘着磨损及疲劳磨损是黄麻纤维增强摩擦材料磨损的主要机制。
参考文献
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黄麻纤维 篇3
在技术纺织品领域。如今众多被使用的产品中。涂层和层压纺织品占有重要的位置。涂层织物能被定义为复合材料, 是因为其联合了织物和高聚物有利的性能, 织物部分提供了拉伸强力、撕破强力和伸长控制, 涂层部分可对织物遭受暴露于环境而收到的可能破坏提供保护。浍层织物通常在重量上的承重范围能从低至50克每平方米到高迭3000克每平方米, 他们在许多的应用领域已经确立了自己的位置, 如在市政工程、运输、室内和户外的防护材料、行礼箱、包装材料、鞋类, 可充气材料、密封材料、个防护装备和其他用途。
黄麻, 有好的强力基础, 又是环境优好、生物可降解型纤维, 就是在涂层纺织品领域中也有一些确定的有利性能。这些性能有高强力、低伸长、耐天气变化、好的温度稳定性及其织物所具有的不规则表面特征和突出的毛羽。黄麻的其他优点是其本身的低成本高教益。据研究表明, 在制造涂层和层压纺织品中, 如按适当比例利用黄麻织物可建立低成本高效益路线, 与不同的产品进行最大程度的结合, 并提高其物理机械性能。
在不同的涂层和层压技术中, 迄今为止可利用的轧辊涂层法、挤压层压法或缝口模头涂层法, 都被认为是最适合干黄麻织物的, 由于其具有较低的制造成本和高教的防护性能, 并能很好地改变基层织物的表面特性。由于黄麻显著的表面缺蹈和毛羽, 黄麻织物表面具有不规则的表面形态, 这可以给涂层高聚物提供好的接触面并固定在上面, 即使是在涂层之前没有经过粘台促进剂的预先整理。好的耐热稳定性使其在易与粘弹性的高聚物一起进行加工。黄麻能用热弹性高聚物作为粘合剂与铝箔一起进行层合加工, 用挤压层合技术生产可以生产黄麻铝箔层压复合材料作为食品的安全包装材科。一层复合材料在上面, 可以确保食物依然保持香味。也能让食品不与其他即使是很细小的物质接触。如在铝层合复台材科一样的低成本高效益黄麻织物能赋予茸较高的断裂强度、延伸性、破裂强度、撕破强度和抵制刺穿。现在被认为有着相同性能且价格昂贵的四层牛皮纸铝箔层台复合材料正用干这一同样的用途。
由上述可知, 这就意味着在涂层和层合技术纺织品中对黄麻来说还有广泛的领域没有进行探摩研究。如果黄麻本身的作用和效果被彻底地、完整地研究过, 它就是在上述所说的领域中仍然有着广阔的应用空间。随着对棉纤维在呼吁上和其他相关领域需求的增长, 有限地利用低成本高效益合成纤维与大量的具有耐热稳定性的材料进行涂层, 用昂贵的牛皮纸作为基本材料用于食物、药品, 肥皂、香烟的包装, 这些事实都有利于促进黄麻的涂层和层压纺织品用作商业产品。
2、黄麻超过其他天然纤维的优点
黄麻作为天然的增强纤维超过其他天然纤维的优点如下:
它可以以连续的网状形式来利用。
目前黄麻的纺织产品适合于作为增强材料, 如:相麻布、斜纹麻织物、帆布、防水油布、纱线与股线、平纹麻织物、非织造布、废料、手杖等;
有大量的立即可用的现货供应成本低
2.1 黄麻的优点
可每年更新的材料;植物的东西可全部利用;环境友好型;燃烧的过程中释放出非常低水平的有害物质, 灰烬也很少;高的稳定性;耐破裂;与矿物纤维和合成纤维相比无磨蚀性;密度低;强力高, 伸长小;无健康危害;生长时吸收大气中的二氧化碳。黄麻复合材料可以通过涂层和层压的方式生产, 也可以被分成刚性的和柔性的两种。
3. 基于刚性黄麻的复合材料
3.1 黄麻石碳酸复合材料
黄麻增强复合材料的主要止推领域可以用来发展木材替代品。黄麻石炭酸复合材料的一些主要商业应用是:门和窗;家具和隔离物;作为传送区域的天花板和地板;机械的组成部分;波纹纸板
3.2 黄麻聚酯复合材料
这个系统开始其商业的应用, 是因汽车装饰和不同面板产品的发展而引起的, 这些产品有门、电话亭、临时住房、淋浴室、冷藏运输车的板等等。
3.3 黄麻下脚料热塑性复合材料
利用黄麻下脚料 (黄麻纱头}和塑料下脚料制成黄麻热塑性板, 这些板被用来制成物料输送的小球。
3.4 黄麻石炭酸拉伸成型产品
黄麻石炭酸拉伸成型产品是另一个领域, 已经在不同得应用方面进行了研究, 如门框、杆、梯子、门、长椅等都已经被开发研究了。
3.5 黄麻杆刨花板
另一个主要的进展就是利用黄麻杆做刨花板。虽然起初用的商业用板主要局限于人造天花板, 但是随后这些板被延展成8’x4’中等密度规格扳, 用于家具的使用。
3.6 轻质黄麻增强复台材料的面板
用麻杆和粗麻布增强外壳的轻质面板产品放在表面, 这已经发展并被应用, 不但具有较低的密度, 还有很好的机械性能。这种板是防护板结构的理想材料, 如冷藏车的车体、电话亭和门板等。
4. 基于柔性黄麻的复合材料
4.1 橡胶涂层的增强织物医院用床单布
橡胶涂层的增强黄麻织物医用床单布是运用轧光涂层技术, 用天然橡胶对黄麻织物进行双面浍层加工而制成的。所用的黄是麻平纹机织物, 其的规格是:经纱206tex (61bs) ;纬纱206tex (61bs};经密:38根/分米;纬密:41根/分米;平均面积密度是170克/m2。涂层产品的硫化是在Festoon CuringChamber中120°C条件下处理2小时而完成的。按照上述方式生产的医院用床单布可以满足Is:4135—1974所规定的要求, 如:防水、防出硫、预防二甲苯和老化加速。另外连能增加床单布的机械性能。黄麻增强医院用床单布和传统所用的棉增
强医院用床单布的重要特点列在表格1中。
4.2 单双层橡胶浍层黄麻织物
单双层橡胶涂层织物是防水织物, 可用来制作不同的行礼箱、书包、帐篷、临时房顶结构、防潮布等。单层涂层织物是在其中的一面上涂上橡胶, 双层涂层织物是把橡胶复合材料夹在两层基布之间。单双层黄麻涂层织物的生产是利用轧光涂层技术涂上天然的和合成的 (乙烯基辛烯) 橡胶。用天然橡胶涂层的橡胶涂层黄麻织物使产品易受到微生物侵袭和降解, 而不像传统上所用的双层樟胶涂层的涤纶织物。由于天然橡胶本身有一定量的天然蛋白质的存在, 会以交联的形式支持着微生物的生长。双层橡胶涂层的黄麻织物和传统上用的双层的涤纶织物的产品特征概括地列在表2中。
4.3 耐酸碱和耐溶解性的单子
耐酸碱和耐溶解性的单子主要是用在化学实验室和工业设施中用来保护地板、桌面, 工作台等不受化学药剂的腐蚀。选择如上述所说的黄麻和黄麻棉织物。利用轧光涂层技术涂上乙烯基辛烯橡胶来制造上面所说的耐化学的单子。结台了基于低成本的粗黄麻纤维织物制成的普通串状的产品和足够的厚度。黄麻和黄麻棉联合织物使最终涂层单子的表面有所预想的那种起皱的状态, 因而使产品具有防滑性。利用高聚物的惰性, 使产品能很好的耐化学腐蚀和最大可能的耐溶解。联合使用橡胶和黄麻织物也能给材科带来具有美感的表面。100%的黄麻平纹机织布, 用228tex的经纱和210tex的纬纱, 62根/分米的经密和55根/分米的纬密, 平均面密度为260g/m2;黄麻棉斜纹机织物用棉纱作为经纱.黄麻纱作为纬纱, 59tex的经纱和147tex的纬纱, 经密为143根/分米和95根/分米的纬纱, 面密度为295g/m2被用于上述的用途。
摘要：黄麻, 有好的强力基础, 又是环境优好、生物可降解型纤维, 就是在涂层纺织品领域中也有一些确定的有利性能等优点, 利用黄麻的复合材料可以加工成很多产品, 本文就此进行了探讨。
关键词：黄麻复合物,纺织,加工
参考文献