中文摘要：

以毛竹材及其加工剩余物等为纤维原料来源，研究采用手工铺装模压制备竹纤维/不饱和聚酯复合材料的优化工艺；探讨竹纤维形态及表面化学改性对复合材料力学、热学及加工性能的影响。通过对不同组元竹纤维复合材料的界面微观形貌进行观测，分析相容剂对竹纤维处理前后所对应的复合材料界面形态、界面层结构、相组成与界面性能的关系，建立适合于竹纤维/不饱和聚酯复合体系的界面表征方法。从界面性质及纤维形态与分布两方面揭示竹纤维/不饱和聚酯复合材料的增强机理。竹纤维/不饱和聚酯复合材料相容机理的深入研究，可揭示复合材料组分界面粘结的微观机制，阐明竹纤维的制备、表面处理以及复合工艺条件等对复合材料宏观力学性能的综合影响，为复合材料制备方法、工艺参数优化及复合材料在不同领域的合理应用提供科学依据。

结论摘要：

界面特性是复合材料独特而重要的基础科学问题。竹纤维与不饱和聚酯树脂（UPE）之间化学极性差异很大，二者间很难形成物理或化学键结合，因此竹纤维与UPE之间界面粘结力小，相容性差。本项目以不同制备途径、不同形态与组分的竹纤维为原料，通过模压工艺制备了竹纤维/UPE复合材料，系统分析了纤维表面改性以及纤维与树脂之间界面粘结的微观机制。主要研究工作及结论包括 1）研究了不同形态与制备途径的竹纤维对复合材料力学性能及耐水性的影响。研究表明纤维含量、形态与制备途径对复合材料力学性能有显著影响。粒径小的竹粉复合材料在界面处形成较深的界面扩散和机械互锁，宏观力学性能更好。粒径大的竹粉形态参数变异系数大，纤维表面粗糙度大，复合材料内部易产生空隙，导致复合材料强度较小。竹原纤维与化学竹浆纤维具有较高的长径比，其力学性能较高；机械竹浆与竹粉复合材料力学性能较低；但化学竹浆纤维与机械竹浆纤维复合材料具有更好的耐水性，竹粉复合材料次之，而长竹原纤维增强复合材料耐水性最差。 2）通过采用相容剂以及等离子体处理等方法对竹纤维进行表面改性，有效改善了竹纤维与树脂之间的界面粘结。研究表明复合体系中引入具有双功能的异氰酸酯或丙烯酰胺单体，由于单体中的异氰酸酯基或酰胺基易与纤维表面羟基反应，其另一端的不饱和双键与UPE在引发剂作用下产生自由基聚合，这样通过相容剂的“桥联”作用，竹纤维与基体树脂之间的界面粘结得到显著提高。竹纤维与改性剂以及树脂之间的共价键结合是复合材料力学性能与耐水性提高的机理所在。采用等离子体对竹纤维进行表面处理，可使纤维表面葡萄糖苷键断裂生成大分子自由基、不饱和链和交联层，从而改善竹纤维与树脂的界面结合。3）对复合材料界面特性进行了综合表征。采用扫描电镜并结合计算机图象处理方法对复合材料界面微观形貌进行了观测与定量评价。采用红外光谱、X射线光电子能谱、核磁共振分析等手段，对改性竹纤维表面化学性质进行了系统分析，证实了化学改性竹纤维与UPE基体之间的共价键结合；纤维等离子处理显著提高了纤维表面能，改善了竹纤维与基体树脂之间的界面粘结。 项目揭示了复合材料组分界面粘结的微观机制，阐明了竹纤维的制备、表面处理及工艺条件等对复合材料宏观力学性能的综合影响。这些工作为复合材料制备方法、工艺参数优化及复合材料在不同领域的合理应用提供了科学依据。