施展1 张英梅2
东北大学南湖校区 辽宁 沈阳，邮政编码：110000
摘要: 目的：探讨不同固化温度对亚麻纤维复合材料拉伸性能的影响。方法：将环氧树脂材料、酸酐类固化剂材料和叔胺类促进剂按照99：75：1的比例进行配制，并将其侵入模具中。控制固化温度分别为120°C，140°C和180°C，利用Wance试验机对不同固化温度条件下的亚麻纤维复合材料拉伸力学性能进行测定。结果：固化温度达到120°C时亚麻纤维复合材料的韦伯强度最高，可达873.25 MPa，180°C固化温度下，亚麻纤维复合材料的韦伯强度仅为610.25 MPa。结论： 在固化温度在180°C之前，随着温度上升，亚麻纤维复合材料拉伸强度提高，在180°C之后，随着温度升高，拉伸性能逐渐减弱。
关键词：固化温度；亚麻纤维；复合材料；拉伸性能；
中图分类号:TB33文献标识码:A
0引言
亚麻纤维复合材料作为一种复合材料，具有高强度的特点，在很多国家被称其为增强塑料。该种材料的应用领域十分广泛，其中包括：汽车、建筑等。与此同时，该复合材料具备可再生的性能特点，以其优秀的环保性能，成为现下主流应用的材料[1]。亚麻纤维复合材料的拉伸性能是其力学特性中的重要参数，能够直接影响其使用状态。结合以往研究发现，亚麻纤维复合材料的拉伸性能不是一成不变的，会随着温度的变化而发生波动。但其对于此方面的研究仅停留在初级阶段，未通过相应的试验结果，总结分析出亚麻纤维复合材料拉伸性能最佳时的温度参数，证明其研究结果存在局限性，无法切实指导亚麻纤维复合材料的优化应用[2]。在我国，针对此方面的研究由于时限较长，起步较早，因此，本文以现有对此方面做出的测试为参考，并在此基础上，为深入探究温度对亚麻纤维复合材料拉伸性能能够产生的具体影响，本文以不同固化温度作为自变量，以亚麻纤维复合材料拉伸性能作为因变量，通过设计试验的方式，分析两者之间潜在的影响[3]。通过上述分析，致力于明确亚麻纤维复合材料拉伸性能最佳时的固化温度，进而为亚麻纤维复合材料日后更好地应用提供数据支持。
1实验材料及方法
1.1实验材料
为实现不同固化温度状态下，对亚麻纤维复合材料拉伸、延展性的研究，本文选择单向亚麻织物材料作为本文研究内容的研究对象，该材料的整体密度约为198.35g/m2。除研究对象以外，其他实验材料包括：B型D-1658环氧树脂(C11H12O3)n（控制环氧树脂的环氧值在0.35~0.49范围以内）；MeTHPA-1843酸酐类固化剂材料；DPM-1685叔胺类促进剂。上述三种材料在研究过程中需要按照99：75：1的比例进行配制，并将其充分混合。同时，为了保证研究结果的可靠性，本文采用热压工艺完成对亚麻纤维复合材料的制备，并将其侵入到相应的模具当中[4]。当树脂凝胶温度达到85°C以上时，对亚麻纤维复合材料进行预热，控制其预热时间为25min~35min，并持续加压。待其完全成型后，保证其压力达到1.26MPa。本文主要研究内容是在不同固化温度状态下，因此将其成型温度分别设置为120°C，140°C和180°C。
1.2实验仪器设备选择及方法
在研究过程中，为了保证研究结果达到一定精度条件，本文采用由北京北光宏远专业生产的热重分析仪系列仪器，选择ISHE-1682-58型号热失重分析仪，完成对亚麻纤维复合材料研究材料的热失重测试，测试过程中保证其室温能够达到750°C以上，将其升温的速度控制在12°C/min，将空气作为主要环境[5]。再采用D/max-1652-59型号射线衍射设备对亚麻纤维复合材料研究对象进行XRD表征，在测定过程中，控制X射线衍射呈广角状态，衍射角的范围在0~45°。
结合ASTM D6145-5625标准对不同固化温度状态下处理后得到的亚麻纤维复合材料进行单纤维强度的测定，并利用165XB-577型号光学金相显微镜对亚麻纤维复合材料的直径进行测定，最后利用Wance试验机完成对亚麻纤维复合材料拉伸性能的测试，在测定过程中拉伸速率为1.25mm/min，设置每组准备15个试样。
2实验结果
根据上述操作完成对不同固化温度状态下亚麻纤维复合材料强度、拉伸等参数的测定，并将测定结果记录如表1所示。
表1 不同固化温度条件亚麻纤维复合材料韦伯强度
不同固化温度 韦伯强度 下降程度
室温 865.21MPa ——
120°C 873.25 MPa -1.26%
140°C 842.36 MPa 1.36%
180°C 610.25 MPa 31.25%
从表1实验研究结果可以看出，在固化温度达到120°C时亚麻纤维复合材料的韦伯强度最高，可达873.25 MPa，180°C固化温度下，亚麻纤维复合材料的韦伯强度仅为610.25 MPa。
3结果分析
通过本文上述论述及对实验结果的分析得出，在固化温度达到180°C之前，亚麻纤维复合材料的力学性能相对比较稳定，其中当固化温度达到120°C时，亚麻纤维复合材料的韦伯强度可以达到最高。在考虑到低密度的前提条件下，亚麻纤维复合材料的强度能够与玻璃纤维性能一致。随着固化温度的不断升高，亚麻纤维复合材料的拉伸强度会逐渐呈现出下降的趋势，而当固化温度达到180°C时，亚麻纤维复合材料的力学性能会出现明显的下降变化，进而出现韦伯强度最小情况，同理亚麻纤维复合材料性能会随之下降。同时，在研究过程中进一步得出，不同固化温度条件，对于环氧树脂材料本身的力学性能影响较小，仅针对亚麻纤维复合材料会造成其纤维力学性能上升或下降的问题。
4结束语
本文通过开展对不同固化温度状态下的亚麻纤维复合材料的拉伸性能研究，通过研究进一步得出，从室温固化温度开始逐渐上升到180°C之前，亚麻纤维复合材料的韦伯强度呈现出明显的上升趋势，说明此时材料的拉伸性能良好，但随着温度的升高，在达到180°C时，逐渐出现初韦伯强度降低的趋势，说明在180°C固化温度之后，亚麻纤维复合材料的拉伸性能明显减弱。
参考文献
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[5] 孟志新,谭志勇,张毅,等. 热处理工艺对Mini C/SiC复合材料拉伸性能和强度分布的影响[J]. 当代化工,2020,49(9):1829-1833+1895.
作者简历：施展，出生年月日：2000 2- 男 汉族 ，籍贯为内蒙古包头 ， 学历：在读本科，单位：东北大学 研究方向：力学 材料学，单位所在省市：辽宁 沈阳，邮政编码：110000
作者简介：张英梅，东北大学南湖校区 理学院 主要从事力学研究工作