改性碳化硅纳米填料对荨麻纤维增强聚合物复合材料力学性能的影响

《Polymer Composites》：Effect of Modified Silicon Carbide Nanofillers on the Mechanical Performance of Nettle Fiber Reinforced Polymer Composites

硅烷处理改性SiC纳米颗粒掺入环氧树脂制备的NFRP复合材料力学性能及磨损水吸收率显著提升，其中3% SiC填充时综合性能最优，磨损阻力提高51%，吸水率降低44%。

　　

摘要

在本研究中，通过硅烷处理对碳化硅（SiC）纳米颗粒进行表面改性，并将其掺入环氧树脂中，制备了荨麻纤维增强聚合物（NFRP）复合材料。通过改变改性SiC填料在环氧基体中的含量（范围为1%至4% wt%），制备了这些复合材料。环氧基体用于浸渍经过5% NaOH处理的荨麻纤维增强体。最初，这些复合材料是通过手工铺层工艺制备的，随后采用压缩成型技术进行加工。对含SiC的NFRP（S-NFRP）复合材料的机械性能和耐磨性能进行了全面研究，并与纯NFRP（P-NFRP）复合材料进行了比较。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析证实了改性SiC纳米颗粒的有效掺入；扫描电子显微镜（SEM）则用于观察断裂表面的形态。研究结果表明，硅烷处理显著提高了填料在基体中的分散性。此外，含有3% wt% SiC的NFRP复合材料表现出更优异的机械性能：其抗拉强度为68.92 MPa，抗弯强度为110.46 MPa，冲击强度为8.34 kJ/m2，肖氏D硬度为87.88，层间剪切强度为6.64 MPa。与P-NFRP复合材料相比，其耐磨性提高了51%，吸水率降低了44%。SEM观察进一步表明，复合材料的断裂机制受到SiC分散性和界面粘结性的显著影响。此外，还利用回归分析对实验结果进行了统计验证。研究结果表明，将SiC纳米颗粒掺入NFRP复合材料中可显著提升其整体性能，使其成为一种有前景的可持续替代品，有望在未来几十年内广泛应用于消费领域。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。