天然植物纤维属于可再生资源，具有比强度高，密度低等优点，可以作为高分子基体增强材料[1]。聚乙烯(PE)作为通用塑料，其分子链排布规整，耐酸碱，低温时能够保持一定的韧性。天然植物纤维加入PE中制成复合材料，有助于减少塑料的使用从而节省石油资源，以热塑性的聚烯烃塑料作为基体有助于材料的回收再利用。天然植物在生长过程中吸收大量的二氧化碳，有助于实现低碳的目标。为实现天然植物纤维在塑料基体中的大量应用，需要提高纤维与塑料基体间的界面相互作用，为此研究者们进行一系列研究。张德英[2]探究PE/醚化稻草复合材料的力学性能，在相同共混条件下醚化稻草复合材料的拉伸强度比天然稻草复合材料最高提升16.3%。童伟[3]以马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)作为界面相容剂，研究落麻纤维增强聚乙烯复合材料的制备与性能。当PP-g-MAH含量为5%，复合材料的拉伸强度比未添加界面剂时提高13.7%。伍珍秀[4]研究红麻纤维增强PE复合材料，纤维含量为10%时，试样的拉伸强度达到最大，比纯PE提高4.7%。紫外光引发接枝聚合是将官能团接枝于聚合物大分子链的有效手段[5-6]。Oster等[7]提出利用光辐射使聚合物发生接枝反应的理论以及具体实施方法。赵扬等[8]以丙烯酸为接枝单体，二苯甲酮为光引发剂采用液相法在PE表面实现接枝聚合。本实验采用紫外光引发接枝聚合的方法，将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷接枝于PE，并以黄麻纤维作为增强材料、接枝PE作为界面相容剂，制备黄麻纤维增强PE复合材料，以提高复合材料中界面相互作用。1实验部分1.1主要原料聚乙烯树脂(PE)，DFDA-7047，大庆石化公司；天然植物纤维（黄麻），产地安徽；氧杂蒽酮，纯度98%，山东西亚化学工业有限公司；甲醇，分析纯，天津市富宇精细化工有限公司；γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，分析纯，南京经天纬有限公司。1.2仪器与设备傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)，Nicolet iS10，美国赛默飞世尔科技公司；转矩流变仪，XSS-300，上海科创橡塑机械设备有限公司；微机控制电子万能试验机，RFL-30A，深圳市瑞格尔仪器有限公司；差示扫描量热分析仪(DSC)，DSC-7，美国TA公司；动态力学分析仪，ATS-TGA-1000A，上海埃提森仪器科技有限公司；电脑式热变形温度试验机，GT-HV2000-C6W，高铁科技股份有限公司。1.3样品制备1.3.1γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷接枝PE制备将一定量的光引发剂（氧杂蒽酮）和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷溶解于140 mL甲醇中配制反应溶液，再将PE颗粒加入光化学反应装置内进行紫外光引发接枝聚合，反应2 h。反应结束将接枝PE取出，放入盛有甲醇的索氏抽提器中抽提24 h，除去未反应的单体及均聚物，干燥至恒重。1.3.2复合材料制备表1为不同接枝PE含量的PE/黄麻纤维复合材料配方。按表1配方向转矩流变仪中分别加入PE颗粒、黄麻纤维及接枝PE颗粒，170 ℃、60 r/min条件下混匀，采用平板硫化机压片，裁成哑铃型试样。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.012.T001表1不同接枝PE含量下PE/黄麻纤维复合材料配方Tab.1Formula of PE/jute fiber composites with different grafted PE content样品接枝PE黄麻纤维PE1040.060.027.540.052.5315.040.045.0420.040.040.0530.040.030.0646.840.013.2%%1.4性能测试与表征FTIR测试：测试范围500~4 000 cm-1。拉伸性能测试：按GB1040—79进行测试，拉伸速度10 mm/min。TG分析：N2气氛，将试样从40 ℃加热至600 ℃，升温速率为20 ℃/min，残炭率按GB/T 27761—2011测试。维卡软化温度测试：按GB/T 1633—2000进行测试，负荷为10 N，升温速度为50 ℃/h，传热介质为二甲基硅油。DSC测试：N2气氛，从20 ℃升温至200 ℃；升温速率10 ℃/min，结晶度(Xc)的计算公式为：Xc=ΔHΔH0×w×100% （1）式（1）中：ΔH为聚合物结晶的熔融焓，J/g；ΔH0=290 J/g；w为复合材料中PE的含量，%。2结果与讨论2.1FTIR分析图1为接枝聚合前后PE的FTIR谱图。从图1可以看出，2 916 cm-1和2 846 cm-1处的双峰为C—H的伸缩振动峰；1 471 cm-1处的峰为C—H的面内弯曲振动峰；719 cm-1处的峰为C—H的面外弯曲振动峰，均为PE的特征峰。硅烷接枝PE出现两个新特征峰，分别为1 728. 23 cm-1处的C=O伸缩振动峰和1 085.61 cm-1处的Si—O—CH3伸缩振动峰，为KH570的特征峰，表明KH570被成功接枝在PE表面。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.012.F001图1硅烷接枝PE与未接枝PE的FTIR谱图Fig.1FTIR spectra of silane grafted PE and ungrafted PE2.2复合材料的拉伸性能测试以不同含量的接枝PE作为界面相容剂，制备PE/黄麻纤维复合材料，图2为接枝PE含量对复合材料拉伸性能的影响。从图2可以看出，与未接枝PE/黄麻纤维复合材料相比，添加接枝PE的复合材料的拉伸强度明显提高。当接枝PE含量为15%，复合材料的拉伸强度提高67.8%，断裂伸长率也相应提高，表明接枝PE在PE/黄麻纤维复合材料中起界面相容剂的作用。当接枝PE含量超过15%，随着接枝PE含量的增加，复合材料的拉伸性能逐渐下降，可能是接枝PE降解造成的。为了不影响力学性能，采用接枝PE含量为15%的复合材料进行后续测试。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.012.F002图2接枝PE含量对复合材料拉伸强度与断裂伸长率的影响Fig.2Effect of content of grafted PE on the tensile strength and elongation at break of composites2.3复合材料维卡软化温度分析表2为接枝PE对复合材料维卡软化温度的影响。从表2可以看出，未添加接枝PE时，复合材料的维卡软化温度是111.1 ℃，而添加15%的接枝PE，复合材料的维卡软化温度提高至113.5 ℃，接枝PE的加入提高复合材料的耐热性。接枝PE中的烷氧基团能够与黄麻纤维表面的羟基形成氢键，加热后可形成化学键合，而接枝PE中的PE能够与基体PE之间发生物理缠结或者共结晶，使接枝PE复合材料中部分PE链段运动受限，导致复合材料的维卡软化温度提高，进一步说明硅烷接枝PE在复合材料中起界面相容剂的作用。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.012.T002表2接枝PE对复合材料维卡软化温度的影响Tab.2Effect of grafted PE on Vicat temperature of composites复合材料维卡软化温度样品1111.1样品3113.5℃℃2.4复合材料TG分析图3为接枝前后PE/黄麻纤维复合材料的TG曲线。从图3可以看出，复合材料的热失重分为两个阶段。第一阶段为150~389 ℃，温度升至150 ℃以上时，纤维失去水分，温度升至389 ℃时，纤维逐步分解而炭化。在277~349 ℃温度区间，添加接枝PE的复合材料失重更快，接枝PE在此温度区间参与失重。第二阶段为389~518 ℃，主要是PE失重[9]。含接枝PE的复合材料失重更快，初始分解温度更低，进一步说明成功完成接枝反应。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.012.F003图3接枝前后PE/黄麻纤维复合材料的TG曲线Fig.3TG curves of PE/jute fiber composites before and after grafting2.5复合材料DSC分析图4为接枝前后PE/黄麻纤维复合材料的DSC结晶曲线，表3为结晶参数。从图4和表3可以看出，与未添加接枝PE复合材料中PE相比，添加接枝PE复合材料中PE的结晶温度几乎未变，结晶度下降。接枝PE的加入增大黄麻纤维与PE基体间的界面相互作用，PE分子链的移动和堆砌受牵制，导致结晶度下降。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.012.F004图4接枝前后PE/黄麻纤维复合材料的DSC结晶曲线Fig.4DSC crystallization curves of PE/jute fiber composites before and after grafting10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.012.T003表3接枝前后PE/黄麻纤维复合材料的结晶参数Tab.3Crystallization parameters of PE/jute fiber compositesbefore and after grafting复合材料Tc/℃ΔH/（J‧g-1）Xc/%样品1107.959.2334.03样品3108.055.7132.013结论利用紫外光引发接枝聚合的手段，可将γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷成功接枝于PE。硅烷接枝PE显著提升天然植物纤维增强PE复合材料的拉伸性能，同时提高复合材料的耐热性。复合材料中PE的结晶度更低，接枝PE在天然植物纤维增强PE复合材料中起界面相容剂的作用。