芳綸Ⅲ纖維增強復(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，具有廣闊的市場發(fā)展前途。隨著科技進步和世界經(jīng)濟的進一步發(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)力場形成取向，芳綸Ⅲ纖維結(jié)晶度達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、制備過程中，使得酰胺基團很難與樹脂的原子或基團發(fā)生反應(yīng)，纖維表面呈現(xiàn)出較大的化學(xué)惰性，纖維與樹脂的界面結(jié)合能較低，粘附性及浸潤性很差，兩相界面粘結(jié)不理想，而載荷又都是通過界面來進行應(yīng)力傳遞的，導(dǎo)致復(fù)合材料的層間剪切強度低，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。
　　 為改進芳綸纖維增強樹脂復(fù)合材料的層間剪切強度，必須通過纖維改性和樹脂改性兩個方面進行。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)氧樹脂的方法來提高其復(fù)合材料的層間剪切性能。
　　 在芳綸Ⅲ纖維表面接枝改性實驗中采用正交試驗方法討論了不同的異氰酸酯與催化劑之比和不同處理時間條件下對纖維合成復(fù)合材料后層間剪切強度的影響;纖維改性前后單絲斷裂強度的變化;纖維對樹脂的浸潤程度以及纖維表面基團紅外吸收峰的變化。結(jié)果表明，對纖維表面進行接枝改性處理并未對其表面形貌和單絲斷裂強度產(chǎn)生較大的影響，但能提高纖維對樹脂的浸潤性，使纖維和樹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，但是2922cm-1和2853cm-1的峰對應(yīng)是甲基亞甲基的C-H伸縮振動吸收峰;1644cm-1對應(yīng)的伯胺基中-NH-鍵的彎曲振動吸收峰以及1513cm-1對應(yīng)的-NH-鍵的彎曲振動吸收峰和-CN-鍵的伸縮振動吸收峰都明顯增強。證明纖維表面接枝上了氨基基團。
　　 在納米SiO2改性環(huán)氧樹脂的實驗中討論納米SiO2質(zhì)量分數(shù)對于改性環(huán)氧樹脂力學(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)量分數(shù)5％的納米SiO2對于改性環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能效果最好，拉伸強度、斷裂延伸率和沖擊強度分別提高20％、38.8％和55.8％，而且提高環(huán)氧樹脂的耐熱性。研究使用超聲波和硅烷偶聯(lián)劑KH-550來分散納米SiO2，以及用超聲波來幫助納米SiO2在環(huán)氧樹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)氧樹脂N

6、OL環(huán)復(fù)合材料實驗中，分別測試纖維和樹脂的改性對復(fù)合材料體系層間剪切強度帶來的影響并使用掃描電鏡分析其斷口截面。綜合實驗結(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)氧樹脂都能提高NOL環(huán)的層間剪切強度，使得纖維和樹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，纖維和樹脂改性后使NOL環(huán)復(fù)合材料的層間剪切性能達到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％。
　　 實驗得