由Fig. 2可見,隨著 顆粒表面包覆的環(huán)氧樹脂量的增加,60MPa壓 力下的變形量逐漸減少,當樹脂量大于25%后, 變形量變化不大。這是因為低環(huán)氧樹脂量時,樹脂填充酚醛樹脂固化后留下的孔隙,顆粒壓縮 強度提高,當空隙填充完后增加環(huán)氧樹脂量對 顆粒壓縮強度的能力影響不大。Fig.3是純堅 果殼,堅果殼浸漬70%酚醛樹脂和二次包覆 25%環(huán)氧樹脂的樣品,在不同壓力下變形量曲線。由Fig.3可知,三種樣品都隨著壓力的增 加,變形量逐漸增大,但1#樣品在低壓力時變 形量就特別大,10 MPa下,3#的變形量為0.15 mm,2#為0.24 mm,1#達到了0.55 mm。　　

 2.2 TGA熱分析

酚醛樹脂的熱分解分三個階段:250℃~ 400℃是酚醛樹脂后固化階段同時樹脂開始降 解,有甲醛、水二氧化碳的釋放;400℃~60 ℃進一步熱降解,生成苯酚,羥甲基苯酚以及二羥甲基苯酚等片段;500℃~750℃炭化階段 產(chǎn)生H2,CO,CH4。普遍認為苯環(huán)及亞甲基的存在是使酚醛樹脂耐熱性高的原因。由 Fig.4可見,1#為未經(jīng)改性的堅果殼顆粒,在 265℃附近由于熱降解而快速失重;文獻中普 遍認為環(huán)氧樹脂耐熱性比酚醛樹脂要差些, 但本實驗TGA分析結果表明環(huán)氧樹脂并沒有 降低復合材料的耐熱性,如Fig.4中2#和3#熱 失重曲線基本重合,約在280℃開始分解,在335℃和370℃附近出現(xiàn)兩失重峰。這可能是 環(huán)氧樹脂量少,復合材料的耐熱性主要還是由 酚醛樹脂決定的緣故。500℃時,1#的殘?zhí)柯蕿?20%,而2#、3#的殘?zhí)柯蔬_到了50%。這是由于酚醛,環(huán)氧樹脂的改性提高了堅果殼顆粒的耐熱性。

　　

 2.3 耐水溶劑性能

堅果殼因其含有大量的親水基團如羥基、 醚鍵,易吸附水而膨脹,且易水解。從Tab.1看 出,1#吸水率最高,水溶液為黃色,表明耐水溶 劑性能最差;2#用酚醛樹脂浸漬固化后,減少了堅果殼纖維孔洞,水滲透到內部困難,另一方 面,酚醛樹脂與堅果殼中的羥基官能團發(fā)生交聯(lián)反應減少了低分子物質的存在;3#環(huán)氧樹脂 的二次表面包覆,進一步減少了空隙和低分子物質,其耐水性能最佳。

       2.4 顯微鏡照片

Fig.5是純核桃殼和包覆改性后的復合材 料受60 MPa壓力后的顯微鏡照片。Fig.5中1# 照片顆粒有明顯變形,且有些顆粒嚴重破裂; 2#,3#顆粒沒有破裂現(xiàn)象,且顆粒表面有明顯的樹脂層。這是由于酚醛,環(huán)氧樹脂的包覆改 性,使堅果殼的抗壓能力大幅度提高,顆粒更不易破碎。

　　

 

2.5 SEM表面分析

Fig.6是堅果殼包覆改性前后的SEM照片。1#是未用酚醛樹脂浸漬的堅果殼,顆粒表 面氣孔和泡孔多,體現(xiàn)出植物纖維的固有特征。 2#是浸漬酚醛樹脂的堅果殼,顆粒表面氣孔和泡孔明顯減少。但表面魚鱗狀樹脂多,是因為酚 醛樹脂固化時水等小分子的釋放,使樹脂表層破裂,樹脂連續(xù)性變差,也是內應力存在使力學 強度較差的原因。3#是在2#的顆粒表面上再包覆一層環(huán)氧樹脂,氣孔和氣泡數(shù)減少,表面光滑,力學強度和耐溶劑性能進一步提高。

3 結論

(1)隨著酚醛樹脂溶液濃度增加,復合材料 變形量逐步降低,當樹脂的質量分數(shù)達到70% 有一最小值;隨著顆粒表面包覆的環(huán)氧樹脂量 增加,變形量逐步降低,當樹脂量大于25%時, 變形量變化不大;顯微鏡照片顯示復合材料受 60 MPa壓力后顆粒沒有破裂現(xiàn)象,且顆粒表 面有明顯的樹脂層;(2)對堅果殼顆粒的改性和 包覆,使其耐熱性提高。500℃時,純堅果殼殘 炭率僅為20%,而用酚醛,環(huán)氧樹脂包覆改性的 復合材料殘?zhí)柯蔬_到50%;(3)耐溶劑性能提 高。浸漬酚醛樹脂的堅果殼48 h后吸水能力由 30.45%降至12.15%,再經(jīng)包覆環(huán)氧樹脂的復合材料吸水能力已降至6.58%;(4)掃描電鏡照 片發(fā)現(xiàn),復合材料的表面較光滑,氣孔和泡孔明顯減少。