全 文 ：复 合 材 料 学 报 第３０卷 　 增刊 　　１２月 　２０１３年
Ａｃｔａ　Ｍａｔｅｒｉａｅ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔａｅ　Ｓｉｎｉｃａ Ｖｏｌ．３０ Ｓｕｐｐｌ　 Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　 ２０１３
文章编号：１０００－３８５１（２０１３）－６４５９－０１
基金项目：国家自然科学基金（２１２６４００５、２１２０４０１３、５１２６３００５、５１１６３００３），广西自然科学基金（２０１３ＧＸＮＳＦＤＡ０１９００８）资助
通讯作者：韦春，女，（１９５９－），教授，博士生导师，研究方向为聚合物基复合材料　Ｅ－ｍａｉｌ：１００５６６８１３０＠ｑｑ．ｃｏｍ
剑麻纤维素微晶增强酚醛树脂
复合材料的制备及性能
韦　春＊，曾思华，黄绍军，刘红霞，吕　建，余柏传
（桂林理工大学 广西有色金属及特色材料加工省部共建国家重点实验室培育基地 材料科学与工程学院，桂林５４１００４）
摘　要：　本研究通过从剑麻纤维（ＳＦ）中提取剑麻纤维素微晶，采用ＫＨ５５０对纤维素微晶进行表面改性，得到改
性剑麻纤维素微晶（ＭＳＦＣＭ），将不同含量的 ＭＳＦＣＭ与酚醛树脂（ＰＦ）熔融共混制备 ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料，采用
ＤＭＡ和定速式摩擦试验机分别研究不同 ＭＳＦＣＭ添加量对 ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料的力学性能、蠕变、应力松弛性
能和摩擦学性能的影响，并采用扫描电镜（ＳＥＭ）对复合材料的冲击断面和磨损面形貌进行分析。研究结果表明，
当 ＭＳＦＣＭ加入量为６％时，复合材料的冲击强度提高了５０．３２％，添加量为４％的复合材料的弯曲强度和弯曲模
量分别提高了３１．３７％和１８．８５％。ＭＳＦＣＭ的加入也显著提高了 ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料的蠕变和应力松弛性能。
当 ＭＳＦＣＭ加入量为６％时，复合材料的摩擦系数稳定在０．３６～０．４４之间，比未加 ＭＳＦＣＭ复合材料的体积磨损
率降低了１５％，摩擦磨损性能达到ＧＢ５７６３－２００８要求。
关键词：　ＭＳＦＣＭ；ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料；力学性能；摩擦学性能
中图分类号：　ＴＢ３８３　　　文献标志码：　Ａ
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｓｉｓａｌ　ｆｉｂｅｒ　ｃｅｌｕｌｏｓｅ　ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ
ｐｈｅｎｏｌ－ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ　ｒｅｓｉｎｓ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
ＷＥＩ　Ｃｈｕｎ＊，ＺＥＮＧ　Ｓｉｈｕａ，ＨＵＡＮＧ　Ｓｈａｏｊｕｎ，ＬＩＵ　Ｈｏｎｇ　ｘｉａ，ＬＶ　Ｊｉａｎ，ＹＵ　Ｃｈｕａｎｂａｉ
（Ｃｏｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕｉｌｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｍｉｎｉｓｔｒｙ－Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　Ｊｏｉｎｔｌｙ－Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　Ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ　Ｂａｓｅ　ｆｏｒ　Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｆｏｒ
Ｎｏｎ－ｆｅｒｒｏｕｓ　Ｍｅｔａｌ　ａｎｄ　Ｆｅａｔｕｒｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｚｈｕａｎｇ　Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ　Ｒｅｇｉｏｎ，Ｇｕｉｌｉｎ　５４１００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｓｉｓａｌ　ｆｉｂｅｒ　ｃｅｌｕｌｏｓｅ　ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌ（ＳＦＣＭ）ｗａｓ　ｅｘｔｒａｃｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｓｉｓａｌ　ｆｉｂｅｒ，ｔｈｅｎ　ＳＦＣＭ　ｗａｓ
ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ｓｉｌａｎｅ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ａｇｅｎｔ　ＫＨ５５０ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｃａｌｅｄ　ＭＳＦＣＭ．Ｔｈｅ　ＭＳＦＣＭ／ｐｈｅｎｏｌ－ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ （ＰＦ）
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｏｆ　ＭＳＦＣＭ　ｗｅｒｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｂｌｅｎｄｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｍｏｌｄｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｃｒｅｅｐ，ｓｔｒｅｓｓ　ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ＭＳＦＣＭ／ＰＦ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ
ｂｙ　ＤＭＡ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｓｐｅｅｄ　ｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌ　ｔｅｓｔｅｒ（ＤＭＳ）．Ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｗｏｒｎ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ＭＳＦＣＭ／ＰＦ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｗｅｒｅ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｂｙ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ）．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｗｈｅｎ　ＭＳＦＣＭ　ｃｏｎｔｅｎｔ
ｉｓ　６％，ｔｈｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＭＳＦＣＭ／ＰＦ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ａｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｂｙ　５０．３２％，ａｓ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｐｕｒｅ　ＰＦ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｔｈｅ　ｃｒｅｅｐ，ｓｔｒｅｓｓ　ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＭＳＦＣＭ／ＰＦ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｗｈｅｎ
ＭＳＦＣＭ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｓ　４％，ｔｈｅ　ｃｒｅｅｐ　ａｎｄ　ｓｔｒｅｓｓ　ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ａｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｂｙ　３１．３７％ａｎｄ　１８．８５％，
ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｗｈｅｎ　ＭＳＦＣＭ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｓ　６％，ｔｈｅ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｉｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　０．３６～０．４４，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｅａｒ　ｒａｔｉｏ　ｉｓ
ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｂｙ　１５％，ａｓ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｐｕｒｅ　ＰＦ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｓｏ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ａｎｄ　ｗｅａｒ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
ｍｅｅｔ　ＧＢ５７６３－２００８ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　ＭＳＦＣＭ；ＭＳＦＣＭ／ＰＦ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
　　近年来，由于天然植物纤维具有来源广泛、价格
低廉、可再生、可降解等［１，２］特点，利用植物纤维作
为增强纤维增强聚合物基复合材料已成为国内外的
研究热点之一［３］。但是植物纤维中除了纤维素成分
外还有果胶、木质素、半纤维素等成分影响其力学、
热稳定等性能及其与基体树脂的界面相容性［４，５］。
DOI:10.13801/j.cnki.fhclxb.2013.s1.056
因此从植物纤维中提取制备具有高强度和高模量的
纤维素微晶，进而作为微米级增强材料来制备聚合
物基复合材料成为一个新的研究内容和热点［６－９］。
本文在前期研究的基础［１０］上，通过从剑麻纤维
（ＳＦ）中提取剑麻纤维素微晶［１０］，采用 ＫＨ５５０对纤
维素微晶进行表面改性，得到改性剑麻纤维素微晶
（ＭＳＦＣＭ），将 ＭＳＦＣＭ 与酚醛树脂及其它填料熔
融共混制备 ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料，采用ＤＭＡ和
定速式摩擦试验机分别研究 ＭＳＦＣＭ 的用量对复
合材料的蠕变应力松弛性能和摩擦学性能、复合材
料的力学性能的影响，用ＳＥＭ 对材料的磨损面形
貌进行分析，为剑麻纤维的应用提供参考，目前尚未
见到类似的研究报道。
１　实验材料及方法
１．１　主要实验原料
剑麻纤维素微晶（ＳＦＣＭ）：自制；ＫＨ５５０：含量
≥９７％，硅宝翔飞有机硅新材料有限公司；酚醛树脂
（ＰＦ）：牌号２１２３，上海树脂厂；氧化镁、轻质碳酸钙：
化学纯，西陇化工股份有限公司；硬脂酸钙、硫酸
钡、高岭土：分析纯，西陇化工股份有限公司；六次甲
基四胺：分析纯，上海试剂一厂。
１．２　复合材料的制备与表征
分别将不同含量的改性ＳＦＣＭ 与酚醛树脂在
微型双螺杆挤出机上熔融共混，熔融挤出温度为：
１３５℃，再分别与其它填料初步混合均匀后在开放
式塑炼机上辊炼，然后将物料粉碎，通过模压成型工
艺制备样品。模压工艺条件：１６５ ℃～１７０ ℃，
５ＭＰａ。将制成的样品，按１２０℃２ｈ＋１４０℃２ｈ
＋１６０℃２ｈ＋１８０℃２ｈ的时间进行后固化，即得
到ＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料。
冲击性能测试：为按ＧＢ／Ｔ　１０４３．１－２００８进行
测试，试样尺寸８０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍ。弯曲性能
测试：实验速率２ｍｍ／ｍｉｎ，跨距６４ｍｍ，按 ＧＢ／Ｔ
９３４１－２００８进行测试。蠕变应力松弛性能测试：样
品尺寸３０ｍｍ ×１０ｍｍ ×３ｍｍ，Ｔ＝１８０℃，时间
１２０ｍｉｎ。摩擦磨损性能测试：试样尺寸为２５ｍｍ×
２５ｍｍ×５ｍｍ，根据 ＧＢ　５７６３－２００８进行在ＤＭＳ
－ＸＬ１１２型定速式摩擦实验机测试，试样在转速
４８０ｒ／ｍｉｎ，压紧力０．９８ＭＰａ下测定１００ ℃、１５０
℃、２００℃、２５０℃、３００℃时的摩擦系数和质量损
失，体积磨损率。冲击断面和磨损面形貌分析：试样
磨损面喷金后，ＪＳＭ－５６００ＬＶ型扫描电子显微镜
下对冲击断面和磨损面进行分析。
图１　复合材料制备的工艺流程图
Ｆｉｇ．１　Ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＭＳＦＣＭ／ＰＦ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
２　结果与讨论
２．１　ＳＦＣＭ的微观结构
图２为自制的ＳＦＣＭ 在不同倍数下的场发射
扫描电镜图。从图中可以看出ＳＦＣＭ 径向的尺寸
为１０μｍ，呈微纤维形态。所得的ＳＦＣＭ 表面光
滑，结构较紧致没有缺陷，产物纯净没有杂质。
图２　ＳＦＣＭ的场发射扫描电镜图（ａ：放大３９９倍；ｂ：放大１００００倍）
Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ＦＥＳＥＭ　Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ　ｏｆ　ＳＦＣＭ
（ａ：３９９×ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｂ：１００００×ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）
２．２　ＭＳＦＣＭ含量对 ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料力学性
能的影响
　　研究了 ＭＳＦＣＭ含量对 ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料
力学性能的影响。如表１所示，从表中可以看出，当
ＭＳＦＣＭ含量为６％时，复合材料的冲击强度达到
３．８０ ＫＪ／ｍ２，比 纯 酚 醛 树 脂 复 合 材 料 提 高 了
５０．３２％。当 ＭＳＦＣＭ含量为４％时复合材料的弯
·７０３·韦　春，等：剑麻纤维素微晶增强酚醛树脂复合材料的制备及性能
曲强度和模量分别比纯酚醛树脂复合材料提高了
３１．３７％和１８．８５％。说明 ＭＳＦＣＭ 的加入明显提
高酚醛树脂复合材料的力学性能。分析认为，ＳＦ－
ＣＭ经过表面改性后有效的提高了与基体树脂的界
面结合，强韧化效果明显，同时纤维素微晶本身的高
强度和高模量具有承受载荷、吸收冲击能量的作用。
当ＭＳＦＣＭ的含量分别为４％和６％时，其在酚醛树
脂中分散性好，界面结合能力强，所以复合材料表现
出优异的力学性能，而当 ＭＳＦＣＭ 含量增加到
１０％，ＭＳＦＣＭ在酚醛树脂中分散性差，界面结合作
用较差，复合材料中缺陷增多，强度下降。
表１　ＭＳＦＣＭ含量对 ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料
力学性能的影响
Ｔａｂｌｅ　１　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ＭＳＦＣＭ　ｃｏｎｅｎｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＭＳＦＣＭ／ＰＦ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
Ｍａｓｓ　ｆｒａｃｔｉｏｎ
ｏｆ　ＭＳＦＣＭ／％
Ｉｍｐａｃｔ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ
／（ＫＪ．ｍ－２）
Ｔｅｎｓｉｌｅ
ｓｔｒｅｎｇｔｈ／ＭＰａ
Ｔｅｎｓｉｌｅ
ｍｏｄｕｌｕｓ／ＭＰａ
０　 ２．５３　 ５３．０６　 ８．８４
４　 ３．３５　 ７２．３６　 １０．５１
６　 ３．８０　 ７０．６５　 ９．８１
８　 ３．６６　 ６５．４４　 ９．７２
１０　 ３．５６　 ６９．６６　 ９．９３
对 ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料的冲击断面进行扫描
电镜观察。如图３所示，ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料的
断面凹凸不平，且 ＭＳＦＣＭ 受到破坏。分析认为，
ＭＳＦＣＭ与酚醛树脂的作用力增强，纤维素微晶不
易从树脂中剥离、拔出，当复合材料受到冲击力的时
候，ＭＳＦＣＭ因承受部分的冲击能量而受到破坏，
ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料抵抗外力的能力得到提高，
宏观上表现出 ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料的力学性能得
到较大的提高。
图３　ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料冲击断面ＳＥＭ照片
Ｆｉｇ．３　Ｔｈｅ　ＳＥＭ　Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ　ｏｆ　Ｉｍｐａｃｔ　ｆｒａｃｔｕｒｅ
ｏｆ　ＭＳＦＣＭ／ＰＦ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
２．３　ＭＳＦＣＭ含量对ＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料蠕变性能
的影响
　　图４为 ＭＳＦＣＭ含量对 ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料
的蠕变性能的影响。由图４可知，开始时，复合材料
的应变量增加很快，随着时间的延长逐渐变慢，最后
基本达到平衡。在相同时间和应力下，复合材料的
形变随着 ＭＳＦＣＭ含量的增加逐渐降低，在１８０℃
下，１２０ｍｉｎ时，纯酚醛树脂复合材料的形变为
０．２４％，而 ＭＳＦＣＭ含量为１０％复合材料的形变为
０．１３％，降低了４５．８３％，说明 ＭＳＦＣＭ 能有效提高
复合材料的尺寸稳定性。分析认为，当复合材料刚
受到应力时，基体树脂内的键长、键角立即产生形
变，同时分子链段的运动以及分子链的相对位移产
生的形变，使得形变直线上升，在恒定的温度和应力
下，随着时间的延长，各种形变速率会逐渐降低，最
后达到恒定值。加入 ＭＳＦＣＭ 后，ＭＳＦＣＭ 和酚醛
树脂形成的共价键使得分子链之间的作用力增强，
交联度增加并降低了分子链的柔性，而且复合材料
中 ＭＳＦＣＭ含量越多，产生的效果越明显，这三个
作用实际上减少了分子链的质心位移，从而减小复
合材料的蠕变。
图４　ＭＳＦＣＭ含量对 ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料蠕变性能的影响
Ｆｉｇ．４　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ＭＳＦＣＭ　ｃｏｎｅｎｔｓ　ｏｎ　ｃｒｅｅｐ
ｏｆ　ＭＳＦＣＭ／ＰＦ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
２．４　ＭＳＦＣＭ含量对ＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料应力松弛
的影响
　　图５为 ＭＳＦＣＭ含量对 ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料
的应力松弛的影响。
应力松弛是在恒定的温度和形变下，聚合物内
部的应力随时间增加而逐渐减弱的现象。从图中可
以看出，各组分复合材料的松弛模量在开始的时候
衰减很快，随着时间的延长，松弛变慢，松弛模量逐
·８０３· 复 合 材 料 学 报
图５　ＭＳＦＣＭ含量对ＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料应力松弛的影响
Ｆｉｇ．５　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ＭＳＦＣＭ　ｃｏｎｅｎｔｓ　ｏｎ　ｓｔｒｅｓｓ　ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ
ｏｆ　ＭＳＦＣＭ／ＰＦ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
渐达到一个平衡值；随着 ＭＳＦＣＭ 含量的增加，复
合材料的松弛模量逐渐增加，说明 ＭＳＦＣＭ 的加入
能提高酚醛复合材料的抗变形能力，当 ＭＳＦＣＭ 含
量为１０％时，复合材料的平衡值为１５０２ＭＰａ，比纯
酚醛树脂复合材料的平衡值（δ＝７６９ＭＰａ）提高了
将近一倍。当复合材料刚受到形变时，大分子链没
有足够的时间进行构象重排，而是分子链沿力的方
向舒展，产生瞬时应力以对抗外力，但随着时间的推
移，链段通过热运动对构象进行重排，逐渐达到与外
界平衡的状态，所以刚开始时模量逐渐减小，最后内
部应力消失达到平衡。加入 ＭＳＦＣＭ 到酚醛复合
材料中，ＭＳＦＣＭ与树脂形成的共价键可以限制链
段的运动，增加材料内部的交联程度，ＭＳＦＣＭ含量
越多，这种效果越强。当复合材料在固定温度下受
到恒定的形变时，交联程度越高，材料内部就需要产
生越高的应力与外界抗衡，所以 ＭＳＦＣＭ 含量越高
复合材料的松弛模量越高，越不容易变形。
２．５　ＭＳＦＣＭ含量对ＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料摩擦磨损
性能的影响
　　图６分别为不同 ＭＳＦＣＭ 含量的 ＭＳＦＣＭ／ＰＦ
复合材料的摩擦系数和体积磨损率。从图６可以看
出，未加 ＭＳＦＣＭ和 ＭＳＦＣＭ 含量为４％的复合材
料的摩擦系数波动比较大，当 ＭＳＦＣＭ 含量为６％
时，复合材料的摩擦系数始终维持在０．３６～０．４４之
间，在恢复阶段，其摩擦系数稳定性能较好。ＭＳＦ－
ＣＭ 含量为 ６％ 的复合材料磨损率为 ０．８２６×
１０－７　ｃｍ３／Ｎ·ｍ，比未加 ＭＳＦＣＭ复合材料的体积
磨损率降低了１５％。分析其原因，一方面，ＭＳＦＣＭ
在高温阶段会部分分解炭化，起到类似于碳纤维稳
定摩擦性能的作用；另一方面，ＭＳＦＣＭ 经过表面改
性后，与基体树脂的粘结性增加，在复合材料中能够
起到骨架增强作用，可以将树脂和填料牢固的粘结
在一起，在摩擦过程中，填料不易脱落。所以 ＭＳＦ－
ＣＭ的加入能有效改善复合材料的摩擦磨损性能。
图６　ＭＳＦＣＭ含量对 ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料
摩擦系数和磨损率的影响
Ｆｉｇ．６　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ＭＳＦＣＭ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｏｎ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
ａｎｄ　ｗｅａｒ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ＭＳＦＭＣ／ＰＦ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
２．６　ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料的磨损面分析
图７为不同 ＭＳＦＣＭ 含量复合材料的磨损形
貌的ＳＥＭ 照片。如图所示，未加 ＭＳＦＣＭ 的酚醛
树脂复合材料磨损面有明显的犁沟和裂纹，而分别
加了６％、１０％ＭＳＦＣＭ的 ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料磨
损面比较平整，无明显的犁沟。分析原因，加入
ＭＳＦＣＭ后，ＭＳＦＣＭ 的增强作用可以使树脂以及
填料牢固的粘结在一起，在摩擦的过程中，树脂与填
料不易从复合材料中脱落，所以磨损面比较平整，磨
损率比较低。如图７ｂ所示，当 ＭＳＦＣＭ含量为６％
时摩擦面最为平整，但过多的 ＭＳＦＣＭ 加入，会使
ＭＳＦＣＭ难以在体系中分散，复合材料中出现缺陷，
在摩擦过程中，填料中的颗粒易从缺陷中脱落，造成
磨粒磨损，形成划痕，如图７ｃ所示。
·９０３·韦　春，等：剑麻纤维素微晶增强酚醛树脂复合材料的制备及性能
图７　不同 ＭＳＦＣＭ含量的 ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料
磨损面扫描电镜图 （ａ：０％；ｂ：６％；ｃ：１０％）
Ｆｉｇ．７　ＳＥＭ　ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ　ｏｆ　ｗｏｒｎ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ＭＳＦＣＭ／ＰＦ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ＭＳＦＣＭ
ｃｏｎｔｅｎｔｓ（ａ：０％；ｂ：６％；ｃ：１０％）
３　结　论
以 ＭＳＦＣＭ作为增强纤维，采用熔融共混法制
备了 ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料，研究 ＭＳＦＣＭ 含量对
ＭＳＦＣＭ／ＰＦ复合材料的力学性能、蠕变和应力松
弛性能和摩擦性能的影响，
（１）结果表明当 ＭＳＦＣＭ加入量为６％时，复合
材料的冲击强度提高了５０．３２％，添加量为４％的复
合材料的弯曲强度和弯曲模量分别提高了３１．３７％
和１８．８５％。
（２）ＭＳＦＣＭ 的加入显著提高了 ＭＳＦＣＭ／ＰＦ
复合材料的蠕变和应力松弛性能。
（３）ＭＳＦＣＭ加入量为６％时，复合材料的摩擦
系数稳定在０．３６～０．４４之间，比未加 ＭＳＦＣＭ 复
合材料的体积磨损率降低了１５％，摩擦磨损性能达
到ＧＢ５７６３－２００８要求。
参考文献：
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Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｄｉｔｉｏｎ，２０１１，５０（２４）：５４３８－５４６６．
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ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｏｌｙｍｅｒ
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ｐｏｌｙｍｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ［Ｊ］．Ａｂｓｔｒａｃｔｓ　ｏｆ　Ｐａｐｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ
Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００５，６（９）：７５４－７６１．
［５］　Ｓｕｎ　Ｘ　Ｆ，Ｓｕｎ　Ｒ　Ｃ，Ｓｕ　Ｙ　Ｑ，ｅｔ　ａｌ．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｃｒｕｄｅ
ａｎｄ　ｐｕｒｉｆｉｅｄ　ｃｅｌｕｌｏｓｅ　ｆｒｏｍ　ｗｈｅａｔ　ｓｔｒａｗ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ
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ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ：ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｎａｎｏｃｌａｙ　ｏｎ　Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，
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·０１３· 复 合 材 料 学 报