林业科学

作者：张凯强1,张双保2,3,*

单位：1. 国电联合动力技术有限公司　北京1000892. 北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室　北京 1000833. 北京林业大学木材科学与工程北京市重点实验室　北京 100083

关键词：竹纤维,2')">纳米SiO2,界面性能,增强机理,复合材料

基金：国家自然科学基金项目（32171707）；北京市自然科学基金项目（6202024）。

目的: 探究纳米SiO2与多巴胺/聚乙烯亚胺仿生矿化改性界面增强机理，为改善竹塑复合材料界面相容性的改性新方法提供理论依据。方法: 以聚乳酸树脂为基体、竹纤维为增强材料，利用多巴胺/聚乙烯亚胺杂化聚合在竹纤维表面构筑功能涂层，经“溶胶凝胶”制备纳米SiO2，通过静电作用诱导纳米SiO2在竹纤维表面富集和生长，提高界面结合强度。采用傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射等分析改性前后纤维表面元素和纤维结晶结构变化，通过力学性能测试、扫描电子显微镜测试、热稳定性测试、差示扫描量热测试、动态热机械性能测试探究纳米SiO2仿生矿化改性提升竹塑复合材料界面相容性的机理。结果: 经纳米SiO2仿生矿化改性后的竹纤维表面Si元素含量明显增加，竹纤维结晶结构未发生改变。力学性能测试结果表明，纳米SiO2仿生矿化改性后，复合材料的弯曲强度、拉伸强度和抗冲击强度分别提高18.99%、15.91%和34.34%。扫描电子显微镜测试结果表明，改性后复合材料界面处纤维被拔出现象减少，纤维表面更加粗糙，纤维与基体之间的界面结合更加紧密。热稳定性测试结果表明，纳米SiO2引入使得纤维热降解温度向高温区移动，复合材料的初始降解温度和最大热降解速率温度分别提高22.81和11.54 ℃，复合材料的热稳定性增加。差示扫描量热测试结果表明，改性纤维与基体之间的相互作用增强，聚乳酸分子运动阻力增大、复合材料的结晶度降低、复合材料的熔融温度升高。动态热机械性能测试结果表明，改性后复合材料储能模量提高、损耗模量降低，说明复合材料内部缺陷减少，复合材料界面性能得到提高。结论: 纳米SiO2仿生矿化改性在竹纤维表面形成SiO2的有机-无机杂化改性网络，增强纤维与基体之间的机械锚合与化学键合作用，增加纤维与基体之间的界面结合力，复合材料的界面性能得到提升，界面相容性增强。

来源：2025年第3期

《林业科学》期刊编辑部

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