芳纶纤维/AFR树脂复合材料界面粘结性能的研究

为了改善芳纶纤维复合材料的界面粘结性能,合成了一种新型树脂(AFR)作为基体,以未经任何表面处理的芳纶纤维作增强材料,制备了芳纶纤维/AFR复合材料。采用测定表面能、接触角、层间剪切强度、横向拉伸性能和扫描电镜观察形貌等方法,从宏观和微观等方面研究了芳纶纤维/AFR复合材料的界面粘结性能。结果表明,AFR树脂与芳纶纤维有相近的表面能,AFR树脂溶液与芳纶纤维的接触角为42.8°,而环氧树脂(EP)与芳纶纤维的接触角为68°,说明AFR树脂对芳纶纤维的润湿性优于EP树脂;芳纶/AFR复合材料的层间剪切强度、横向拉伸强度和纵向拉伸强度分别为74.64MPa、25.34MPa和2256MPa,比芳纶/EP复合材料的相应强度分别提高了28.7%、32.5%和13.4%,其复合材料破坏面的形貌也说明芳纶纤维与AFR树脂之间的界面粘结性能较好。     

高能辐照对国产芳纶纤维/环氧复合材料界面性能影响

芳纶纤维因其表面惰性、光滑使其与树脂浸润性差,界面结合强度低。以环氧氯丙烷为介质1,采用60Coγ-射线辐照方法对国产芳纶纤维进行表面改性,以界面剪切强度（IFSS）和层间剪切强度（ILSS）表征芳纶/环氧复合材料界面结合性能。结果表明在400kGy辐照剂量下改性效果最好;经高能辐照处理的芳纶纤维表面能升高,并失去了原有的光滑表面,且纤维表面氧含量有大幅度提高,使得纤维表面活性增大。     

γ射线辐照处理对芳纶纤维F-3A结构和性能的影响

为采用γ射线对芳纶纤维进行辐照处理,研究辐照对纤维表面形貌、拉伸性能、比浓黏度,表面能以及芳纶纤维复合材料机械性能的影响。实验结果显示,经过辐照处理后,纤维表面粗糙度,纤维的拉伸强度和比浓黏度发生明显变化,纤维在溶液中的浸润性能提高,表面能增大。当辐照强度为600k Gy时,纤维增强环氧树脂的层间剪切强度达到51.86MPa,提高了23.09%。     

γ-射线辐照对芳纶纤维复合材料力学性能的影响

本文研究了γ-射线辐照处理对三维编织芳纶纤维增强铸型尼龙(简称K3D／MCPA)复合材料力学性能的影响。研究表明，经γ线处理的芳纶纤维，表面氧含量有所提高，纤维表面活性增大；纤维经表面处理后的弯曲强度、弯曲模量及剪切强度均比未处理的高，但冲击强度较低。     

空气介质阻挡放电等离子体对国产芳纶ⅢA表面改性的研究

采用空气介质阻挡放电等离子体对国产芳纶ⅢA进行表面处理,优化了其处理工艺。用SEM、XPS等方法研究了处理前后纤维表面形态和化学状态的变化,通过短梁剪切试验评价了芳纶ⅢA/环氧复合材料的抗层间剪切强度。结果表明:经空气等离子体处理后芳纶ⅢA表面粗糙度增加,极性增强,纤维力学性能无明显变化,芳纶ⅢA/环氧复合材料的抗层间剪切强度提高了18%。     

三维编织芳纶纤维增强尼龙复合材料性能研究术

研究了纤维体积比对三维编织芳纶纤维增强尼龙(简称K3D／PA)复合材料力学性能的影响。同时，研究了γ射线辐照处理对K3D／PA的影响。研究发现，随着芳纶纤维体积比的增大，K3D／PA的力学性能提高；芳纶纤维经γ射线辐照处理后，表面含氧量有所提高，并出现新的官能团。纤维经表面处理后，K3D／PA的弯曲强度、弯曲弹性模量及剪切强度均比未处理的高，但冲击强度较低。     

洋麻/芳纶混纺织物增强复合材料的力学性能研究

为了探究四种洋麻/芳纶不同混纺比对其混纺织物增强复合材料力学性能的影响,对以环氧树脂为基体,精细化处理的洋麻和对位芳纶不同混纺比机织物为增强体的复合材料进行力学性能测试,并对洋麻纤维扫描电子显微镜(SEM)及傅里叶红外光谱(FTIR)测试分析纤维表面粗糙度及极性变化,从而来分析力学测试结果。结果表明,洋麻/芳纶30/70混纺织物增强复合材料弯曲强度最高,为248.81MPa,弯曲模量为12.91GPa,与纯芳纶织物增强复合材料相比,分别提高4.9%和7.1%;而洋麻/芳纶20/80混纺织物增强复合材料剪切强度最高,为24.58MPa,与纯芳纶织物增强复合材料相比,提高18.6%。SEM及FTIR表明洋麻纤维精细化处理后,纤维表面粗糙度增加,极性降低,提高了增强体与树脂的界面结合力,从而改善了复合材料的弯曲、剪切性能。     

芳纶纤维增强树脂基复合材料的界面粘结性能研究

为了改善芳纶纤维增强树脂基复合材料的界面粘结性能,从树脂基体入手,依据相似相容原理和芳纶的结构特点,合成出新型热固性树脂(AFR–T)用作芳纶复合材料的基体,以未经表面处理的芳纶作增强材料,采用热压成型法制备了AFR–T/芳纶纤维复合材料,并通过测定溶度参数、接触角、线膨胀系数、层间剪切强度(ILSS)和横向拉伸强度等方法研究了复合材料的界面粘结性能。结果表明,AFR–T树脂浇注体与芳纶的溶度参数相近,AFR–T树脂溶液在芳纶纸表面的接触角为36.9°,小于环氧树脂(EP)溶液与芳纶纸的接触角(53.2°),说明AFR–T树脂对芳纶的浸润性优于EP;AFR–T/芳纶纤维复合材料的ILSS和横向拉伸强度为73.0 MPa和25.3 MPa,分别比EP/芳纶纤维复合材料提高了25.9%和32.5%,这表明AFR–T树脂与芳纶纤维之间的浸润性和界面粘结性能较好。     

左旋多巴胺处理对芳纶表面结构与性能的影响

利用L-3,4-二羟基苯丙氨酸(L-DOPA)的氧化自聚合,在杂环芳纶表面修饰聚L-3,4-二羟基苯丙氨酸(PDOPA)活性涂层来提高芳纶的表面活性及耐紫外辐照性能。结果表明:改性后芳纶表面粗糙度显著提高,同时,PDOPA涂层上大量的羧基、羟基等活性单元均有利于增强与环氧树脂的机械锁合力,改性后芳纶/环氧树脂复合材料的界面剪切强度提高了32.0%。此外,上述改性过程对杂环芳纶本身力学性能影响较小,纤维的拉伸强度保持率可以达到100%,基本实现了无损改性。同时,由于PDOPA的保护作用,改性后芳纶的耐紫外辐射性能显著提高;经过168 h紫外线辐照处理后,其拉伸强度保持率可达到92.5%,显著提升了杂环芳纶的耐紫外线辐照特性。     

芳纶纤维等离子体接枝改性处理研究

采用等离子体接枝对芳纶纤维表面进行改性处理,采用XPS、浸润性、界面剪切强度对等离子体接枝处理前后的表面组成、复合材料界面粘接性能等进行了研究,结果表明:等离子体接枝处理可以有效地提高芳纶纤维表面的极性官能团,增加与基体树脂-环氧树脂的浸润性,进而提高芳纶/环氧复合材料的界面粘接强度.     

芳纶Ⅲ表面接枝改性的研究

为改进芳纶Ⅲ增强树脂复合材料的层间剪切性能,采用1,6-己二异氰酸酯(HDI)对芳纶Ⅲ进行表面接枝改性处理;通过正交实验方法讨论了不同处理条件对芳纶Ⅲ复合材料层间剪切强度的影响;并对改性前后纤维的表面结构形貌及浸润性能进行表征。结果表明:最佳的接枝改性条件为HDI与催化剂质量比100∶1,反应时间24 h,反应温度20℃;芳纶Ⅲ经表面接枝处理后,纤维表面出现凸棱与凹槽,且接枝了活泼的—NH2基团,纤维与环氧树脂的接触角由处理前的73.6°减小至45.2°,芳纶Ⅲ对树脂的浸润性提高,从而提高其复合材料的层间剪切强度。     

芳纶平纹布表面预处理及其与天然橡胶的界面粘合性能

研究了自制芳纶表面改性剂A和胶粘剂类型对芳纶布/天然橡胶复合材料界面粘合性能的影响,并利用SEM分析了芳纶纤维改性前后的表面形貌和复合材料剥离界面形貌。结果表明,使用改性剂A处理的芳纶布、开姆洛克胶粘剂和天然橡胶制成的复合材料粘合强度达到了13.9kN/m,与未处理芳纶布相比提高了162%,较间苯二酚/甲醛/胶乳胶粘剂(RFL)的提高了61%;复合材料剥离界面微观形貌为橡胶撕裂和芳纶纤维劈裂共存;改性剂A对芳纶表面浸润良好,二者有一定程度的化学反应。     

芳纶纤维的热氧化处理及对环氧树脂界面黏结的影响

采用红外光谱(FTIR)、热重(TG)、差示扫描量热(DSC)对芳纶纤维在N_2和空气气氛下的热行为进行了研究,并以透射电镜(TEM)、界面剪切强度(IFSS)研究了芳纶纤维的空气热氧化处理及对其环氧树脂界面黏结的影响。结果表明:芳纶纤维在空气条件下,150～200℃温度范围内,仅仅是纤维表层上浆剂的挥发。250℃以上会出现分子链的氧化,同时纤维表层分子链能够重排使得氢键增强。高温过程中芳纶纤维的分子链苯环C—H被氧化成—C—OH、—COOH,从而使纤维表面极性增强。极性的结构有利于与环氧树脂的界面反应,使纤维与环氧树脂间形成40～50 nm的界面层。热处理后,芳纶纤维与环氧树脂微滴间界面剪切强度值增至18.05 MPa,与原丝相比增加了11.9%。同时,高温氧化后的芳纶纤维/环氧树脂界面黏合增强,复合材料的层间剪切强度为76.2 MPa,与原丝相比提高16.16%。     

纳米SiO2对EP／国产芳纶Ⅲ纤维复合材料性能的影响

选择纳米SiO2作为增强材料改性环氧树脂(EP)基体,与国产芳纶Ⅲ纤维缠绕成复合材料。研究了不同含量的纳米SiO2对EP基体拉伸性能和冲击性能的影响;通过NOL环复合材料剪切强度测试和纤维缠绕Φ150mm容器水压爆破实验,研究了不同含量纳米SiO2对EP/国产芳纶Ⅲ纤维复合材料层间剪切强度和纤维强度转化率的影响。结果表明,EP基体中纳米SiO2质量分数为3%时,对基体拉伸和冲击性能均有显著改善,拉伸强度和冲击强度分别提高28.8%和22.6%,EP/国产芳纶Ⅲ纤维复合材料的层间剪切强度达到最大值,比未改性配方高出约56.8%;Φ150mm容器水压爆破结果表明,纳米SiO的加入使纤维强度转化率平均提高7%以上。     

洋麻纤维的表面改性及其在聚丙烯基复合材料中的应用

采用碱处理、偶联剂处理以及碱–偶联剂复合处理对洋麻纤维进行表面改性,然后将其与聚丙烯(PP)纤维复合,采用非织造–模压工艺制备了PP/洋麻纤维复合材料。研究了上述3种表面改性方法对洋麻纤维强度及其复合材料弯曲与剪切性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)研究了洋麻纤维表面改性前后的形貌变化及其与PP基体之间的界面结合状况。结果表明,表面改性后洋麻纤维的拉伸强度均降低,但复合材料的弯曲强度及层间剪切强度均提高,表明这3种改性方法均提高了洋麻纤维与PP之间的界面结合强度;碱处理可去除纤维表面的果胶成分,使纤维束变得松散,使复合材料的弯曲强度及层间剪切强度分别较未表面改性时提高了21%和169%,但弯曲弹性模量降低了21%;偶联剂处理则使复合材料的弯曲强度,弯曲弹性模量和层间剪切强度较未表面改性时提高了23%,7%和160%;碱–偶联剂复合处理兼顾了碱处理和偶联剂处理的优点,使复合材料弯曲强度、弯曲弹性模量和层间剪切强度分别较未表面改性时提高了26%,18%和572%,综合性能最佳。SEM结果表明,碱–偶联剂复合处理后,复合材料中纤维与树脂之间的界面结合较好。     

表面处理对Kevlar纤维复合材料界面结合强度的影响

为改善芳纶纤维增强树脂基复合材料的界面结合强度,用化学处理法对Kevlar-29纤维进行表面处理,并用傅里叶变换红外光谱和扫描电镜等方法对表面接枝进行鉴定,用单丝拔出试验表征芳纶纤维增强树脂基复合材料的界面结合强度。实验结果表明,纤维经过表面改性后,在单丝断裂强度降低不大的情况下,界面剪切强度显著提高。     

硅烷偶联剂对芳纶的优化改性

采用硅烷偶联剂KH-550对芳纶进行表面处理。通过单因素法分析硅烷偶联剂KH-550在不同处理条件(浓度、温度和时间)下芳纶的断裂强力和界面剪切强度;再通过正交实验法得到硅烷偶联剂KH-550改性芳纶的最佳方案。结果表明,硅烷偶联剂KH-550表面处理芳纶的最优工艺为:浓度20%,温度55℃,时间7 h;得到芳纶的界面剪切强度增加率远远高于断裂强力损失率,芳纶的断裂强力损失率为7.79%,界面剪切强度增加率为14.59%,有利于纤维与树脂界面的结合。     

丁腈橡胶/芳纶短切纤维复合材料的制备及性能研究

采用高锰酸钾硫酸溶液对芳纶短切纤维表面进行改性处理,然后再与丁腈橡胶复合制备了丁腈橡胶/芳纶短切纤维复合材料。探讨了芳纶短切纤维表面不同处理时间对复合材料机械性能的影响。结果显示,当芳纶短切纤维表面处理时间为20 min时,复合材料的拉伸强度达到最大值;复合材料的扯断伸长率随纤维表面处理时间的增加呈上升趋势,但处理时间超过20 min后,扯断伸长率的变化趋于平缓;复合材料的撕裂强度和硬度随处理时间的增加变化不明显。     

γ-射线辐照对碳纤维及其复合材料力学性能的影响

以60Coγ-射线为辐照源对碳纤维(CF)表面进行处理,利用扫描电子显微镜(SEM)观察经辐照处理后的碳纤维单丝表面及其与环氧树脂制备的复合材料试样的层间剪切断口;通过层间剪切强度比较了吸收剂量对其复合材料层间剪切强度(ILSS)的影响,并根据GB/T3362—1982标准比较了辐照前后碳纤维复丝拉伸强度的变化。结果表明:辐照处理后的碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面明显得到改善,在一定的吸收剂量范围内能够有效地提高复合材料的ILSS,但是过大的辐照剂量和接枝率不利于复合材料的界面改性;当辐照剂量小于250kGy时,碳纤维的复丝拉伸强度有所提高。     

环氧树脂/PBO纤维复合材料性能研究

对环氧树脂(EP)/聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)纤维复合材料的性能进行初步研究。结果表明,用浓度70%的甲基磺酸(MSA)溶液对PBO纤维表面进行处理,可改善PBO纤维与EP基体的粘结强度,但同时使PBO纤维的拉伸性能降低;对PBO纤维处理2h后,以胺类固化剂固化的EP/PBO纤维复合材料的层间剪切强度比处理前提高41%,以酸酐固化剂固化的EP/PBO纤维复合材料的层间剪切强度比处理前提高48%;前者的层间剪切强度大于后者。