【摘 要】
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麻纤维增强复合材料在轨道交通领域发展前景广阔,可以降低玻璃纤维、碳纤维以及芳纶纤维复合材料带来的生产能耗高、回收处理难、危害人体健康等问题。然而,现阶段的麻纤维增强复合材料在力学性能、阻燃性能方面尚不能满足轨道交通用复合材料的标准要求。因此,开发高性能麻纤维增强复合材料对实现轨道交通行业绿色化、可持续性发展具有重要意义。本文以苎麻织物为增强体,不饱和聚酯树脂为基体通过模压工艺制备苎麻增强复合材料,
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麻纤维增强复合材料在轨道交通领域发展前景广阔,可以降低玻璃纤维、碳纤维以及芳纶纤维复合材料带来的生产能耗高、回收处理难、危害人体健康等问题。然而,现阶段的麻纤维增强复合材料在力学性能、阻燃性能方面尚不能满足轨道交通用复合材料的标准要求。因此,开发高性能麻纤维增强复合材料对实现轨道交通行业绿色化、可持续性发展具有重要意义。本文以苎麻织物为增强体,不饱和聚酯树脂为基体通过模压工艺制备苎麻增强复合材料,并对复合材料的力学性能、阻燃性能进行优化探究,主要研究内容如下:（1）测试了苎麻平纹布、不饱和聚酯树脂的基本性能,借助单因素分析法探究了模压压力、织物克重以及铺层层数对苎麻复合材料拉伸性能、弯曲性能的影响。结果表明:复合材料的最优成型工艺为模压压力20MPa、织物面密度190g/m~2以及铺层层数14层;复合材料的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量分别为100.06MPa、8.31GPa、171.03MPa、10.15GPa。（2）采用生物质阻燃剂植酸对苎麻复合材料进行阻燃改性,探究了植酸改性浓度对复合材料力学及其阻燃性能的影响。结果表明:阻燃剂植酸显著提高了苎麻织物的热稳定性,织物表面残炭量增多,但接触角、拉伸断裂强力有所下降。当植酸添加量为3wt%时,复合材料燃烧后表面残炭由较为松散多孔的结构转变为致密膨胀的结构,极限氧指数高达36.8%,但力学性能有所下降,拉伸性能、剪切性能相比弯曲性能下降明显,复合材料的拉伸强度为82.58MPa、弯曲强度为161.43MPa、剪切强度为19.11MPa。（3）通过苎麻/玻璃纤维混杂改性以及复合材料铺层结构设计,进一步提升苎麻复合材料的力学性能并降低其吸湿性能。结果表明:玻璃纤维含量为14wt%且在外层时,复合材料的力学性能、阻燃性能以及吸湿性能相对较好,复合材料的拉伸强度为102.21MPa、弯曲强度为179.34MPa,吸水率为3.5%,极限氧指数为38.3%,垂直燃烧时无液滴滴落,续燃时间为0秒,损毁长度小于1mm,此时复合材料的力学性能、阻燃性能均满足轨道交通用复合材料标准要求。（4）采用ABAQUS软件对苎麻/玻璃纤维复合材料的拉伸性能、弯曲性能进行模拟分析,直观且清晰反映出试样受力过程中的变形情况,发现拉伸强度与弯曲强度模拟值分别为116.91MPa、191.64MPa,与复合材料实际测试结果基本吻合,且拉伸应力集中在试样夹持移动端区域,弯曲应力集中在压头作用区域。
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