蓖麻油基生物树脂对亚麻纤维增强环氧复合材料力学、粘弹性和吸水性能的影响研究

摘要整理

由于石油基资源枯竭和环保意识提升，研究人员致力于用生物基材料替代复合材料中的合成纤维和树脂，同时保持性能不降低。本研究通过部分用蓖麻油基生物树脂替代环氧基团，系统研究了其对环氧树脂及其亚麻纤维增强复合材料各项性能的影响，以实现可持续材料开发。采用碱催化酯交换反应合成了环氧蓖麻油酸甲酯（EMR），作为由环氧化蓖麻油（ECO）衍生的低粘度反应性绿色单体。研究了ECO和EMR生物树脂对环氧树脂及其复合材料的力学性能、热机械性能、自由模态振动和吸水性的影响。基于刚度-韧性平衡，优化了含20% ECO和EMR的配方。添加20% EMR显著提升了环氧复合材料的拉伸强度、冲击强度和断裂韧性，分别增加了6.45%、12.8%和14.2%。纤维-基体界面强度得到增强，ECO和EMR的添加分别使拔出粘合力增加了21%和35.1%。动态力学分析表明，EMR改性复合材料的储存模量比ECO改性复合材料高12%。扫描电子显微镜形貌观察表明，EMR改性生物复合材料的纤维-基体界面粘合性更优，导致其吸水扩散系数低于ECO改性生物复合材料。研究结果表明，20% EMR定制环氧复合材料尺寸稳定性好、力学性能优异，可作为汽车和半结构应用中石油基环氧复合材料的绿色替代品。

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