芳綸Ⅲ纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層間剪切性能的研究.pdf

1、芳綸纖維憑借其良好的機(jī)械性，優(yōu)異的耐燃性阻燃性，穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)等，在海內(nèi)外用戶中贏得普遍贊譽(yù)，具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前途。隨著科技進(jìn)步和世界經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，芳綸纖維還將在更多領(lǐng)域有所應(yīng)用。芳綸Ⅲ纖維具備的高結(jié)晶、高取向的超分子結(jié)構(gòu)，是其具有高強(qiáng)高模性能的重要原因。芳綸Ⅲ纖維大分子鏈在經(jīng)歷高溫?zé)崽幚砗笠?guī)整化排列形成結(jié)晶，結(jié)晶單元沿應(yīng)力場(chǎng)形成取向，芳綸Ⅲ纖維結(jié)晶度達(dá)63.8％，直接導(dǎo)致其彈性模量的提高。由于主鏈中龐大苯環(huán)的位阻作用，在復(fù)合材料

2、制備過(guò)程中，使得酰胺基團(tuán)很難與樹(shù)脂的原子或基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，纖維表面呈現(xiàn)出較大的化學(xué)惰性，纖維與樹(shù)脂的界面結(jié)合能較低，粘附性及浸潤(rùn)性很差，兩相界面粘結(jié)不理想，而載荷又都是通過(guò)界面來(lái)進(jìn)行應(yīng)力傳遞的，導(dǎo)致復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度低，影響了復(fù)合材料綜合性能的發(fā)揮，限制了它在復(fù)合材料中的廣泛應(yīng)用。
　　 為改進(jìn)芳綸纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度，必須通過(guò)纖維改性和樹(shù)脂改性兩個(gè)方面進(jìn)行。本文采用HDI接枝改性芳綸Ⅲ纖維表面以及納米SiO2改

3、性環(huán)氧樹(shù)脂的方法來(lái)提高其復(fù)合材料的層間剪切性能。
　　 在芳綸Ⅲ纖維表面接枝改性實(shí)驗(yàn)中采用正交試驗(yàn)方法討論了不同的異氰酸酯與催化劑之比和不同處理時(shí)間條件下對(duì)纖維合成復(fù)合材料后層間剪切強(qiáng)度的影響;纖維改性前后單絲斷裂強(qiáng)度的變化;纖維對(duì)樹(shù)脂的浸潤(rùn)程度以及纖維表面基團(tuán)紅外吸收峰的變化。結(jié)果表明，對(duì)纖維表面進(jìn)行接枝改性處理并未對(duì)其表面形貌和單絲斷裂強(qiáng)度產(chǎn)生較大的影響，但能提高纖維對(duì)樹(shù)脂的浸潤(rùn)性，使纖維和樹(shù)脂的接觸角明顯減小。纖維的紅外光

4、譜圖中，各特征峰的位置并未產(chǎn)生明顯的移動(dòng)，但是2922cm-1和2853cm-1的峰對(duì)應(yīng)是甲基亞甲基的C-H伸縮振動(dòng)吸收峰;1644cm-1對(duì)應(yīng)的伯胺基中-NH-鍵的彎曲振動(dòng)吸收峰以及1513cm-1對(duì)應(yīng)的-NH-鍵的彎曲振動(dòng)吸收峰和-CN-鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰都明顯增強(qiáng)。證明纖維表面接枝上了氨基基團(tuán)。
　　 在納米SiO2改性環(huán)氧樹(shù)脂的實(shí)驗(yàn)中討論納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)于改性環(huán)氧樹(shù)脂力學(xué)性能的影響，并用掃描電鏡分析其澆注體的斷裂截

5、面。得出結(jié)果為使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％的納米SiO2對(duì)于改性環(huán)氧樹(shù)脂的力學(xué)性能效果最好，拉伸強(qiáng)度、斷裂延伸率和沖擊強(qiáng)度分別提高20％、38.8％和55.8％，而且提高環(huán)氧樹(shù)脂的耐熱性。研究使用超聲波和硅烷偶聯(lián)劑KH-550來(lái)分散納米SiO2，以及用超聲波來(lái)幫助納米SiO2在環(huán)氧樹(shù)脂中均勻分散的效果。掃描電鏡分析表明使用超聲波幫助納米SiO2分散后，其在環(huán)氧樹(shù)脂中的分布更均勻，粒徑更小。
　　 在制備芳綸Ⅲ纖維/納米SiO2改性環(huán)氧樹(shù)脂N

6、OL環(huán)復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)中，分別測(cè)試?yán)w維和樹(shù)脂的改性對(duì)復(fù)合材料體系層間剪切強(qiáng)度帶來(lái)的影響并使用掃描電鏡分析其斷口截面。綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)論得出使用HDI接枝改性芳綸Ⅲ纖維表面和納米SiO2改性環(huán)氧樹(shù)脂都能提高NOL環(huán)的層間剪切強(qiáng)度，使得纖維和樹(shù)脂能有良好的界面粘結(jié)，具有穩(wěn)定的界面性能。結(jié)果表明，纖維和樹(shù)脂改性后使NOL環(huán)復(fù)合材料的層間剪切性能達(dá)到58.3MPa，較未改性之前復(fù)合材料的層間剪切性能46.25MPa提高了26.1％。
　　 實(shí)驗(yàn)得