芳纶Ⅲ纤维拉伸性能的实验研究

测试了芳纶Ⅲ纤维的拉伸性能等,并与F-12和Kevlar-49纤维进行了对比.对由芳纶Ⅲ纤维与环氧树脂基体复合成型的单向纤维增强环形试样,测试了其拉伸强度、弹性模量和层间剪切强度,结果表明:芳纶Ⅲ纤维单向纤维复合材料的拉伸强度和弹性模量与F-12纤维相当,分别比Kevlar-49纤维要高出约25.7%和24.7%;但早期的芳纶Ⅲ纤维与环氧树脂基体的界面结合性较差,层间剪切强度仅为32.0～35.2MPa.     

芳纶短纤维增强天然橡胶耐磨材料的研究

利用芳纶短纤维增强天然橡胶耐磨材料,研究了纤维含量、长度和纤维粘合处理、混炼工艺等因素对短纤维复合材料性能的影响及芳纶浆粕和短纤维增强复合材料的热老化性能。实验发现,在开炼机上将芳纶短纤维直接加入母校炼校的混炼工艺和芳纶长复丝活化、浸ＲＦＬ后再短切的纤维处理方法可以实现纤维的较好分散和粘合。性能测试结果表明,芳纶短纤维使复合材料具有性能各向异性和更大的拉伸模量、硬度,更好的热老化性、耐溶剂性和纤维     

氟化改性国产芳纶Ⅲ纤维(F-3A)复合材料的界面性能

为了改善国产芳纶Ⅲ纤维(F-3A)增强树脂基复合材料界面性能,利用氟化改性技术对F-3A纤维表面进行改性,采用扫描电子显微镜、红外光谱、X射线光电子能谱对氟化改性F-3A纤维表面结构及元素组成进行表征,然后通过纤维复丝性能和NOL环层间剪切性能对复合材料界面性能进行评价。研究结果表明,(1)氟化改性在F-3A纤维表面物理刻蚀形成大量微槽结构,氟化学反应形成大量含氧和含氟的极性官能团,有利于复合材料界面粘接性的提高;(2)采用氟化工艺2处理后,F-3A纤维复合材料的NOL环层间剪切强度最高分别达到56.3 MPa和56.1 MPa,比未改性处理提高了20%以上,复合材料综合性能达到最佳。     

超临界二氧化碳对芳纶纤维的表面改性

针对芳纶纤维与树脂基体界面性能差及纤维原纤化的问题,采用超临界二氧化碳分散环氧树脂对芳纶纤维进行表面改性,研究超临界二氧化碳处理对芳纶纤维结构及性能的影响。结果表明超临界二氧化碳改性处理能够提高环氧树脂对芳纶纤维的浸润效果,利用超临界二氧化碳分散环氧树脂对芳纶纤维进行处理,可以在一定程度上提高芳纶纤维的性能并改善芳纶增强树脂基复合材料的界面性能。超临界二氧化碳处理能够提高芳纶纤维表面粗糙度及比表面积,且芳纶纤维性能不受影响。     

芳纶树脂基复合材料的应用与发展

<正>1概述芳纶树脂基复合材料是以合成树脂为基体,以芳纶为增强材料经复合而制成的一种新型工程材料。芳纶具有低密度、高比强度、高比模量、耐冲击、耐腐蚀、阻燃等优异性能,是理想的有机纤维增强材料。芳纶主要分为3类:对位芳纶、间位芳纶和芳纶Ⅲ。对位芳纶是对位芳香族聚酰胺纤维的简称,即聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维,国内称其为     

芳纶纤维与树脂基体改性对复合材料剪切性能的影响

芳纶纤维表面惰性会影响其与树脂间的浸润性能和界面结合强度,因此限制了芳纶纤维复合材料在航空、航天、输电等领域的应用。为了对比纤维表面改性和树脂基体改性技术对芳纶纤维复合材料层间剪切性能的影响,文中结合光学和力学测试方法对不同改性技术及处理过程对芳纶纤维表面刻蚀的影响机制开展了深入研究。结果表明,乙酸酐化学刻蚀会对芳纶纤维表面基团产生影响且增加表面粗糙度。热氧化刻蚀处理后表面粗糙度显著增加,具有明显“沟壑”状。然而,当乙酸酐化学刻蚀处理时间高于6 h、热氧化刻蚀处理时间高于4 min时,纤维内部结构就会受到损伤,导致复合材料层间剪切性能降低。超声浸渍改性处理后,纤维表面粗糙度有一定增加,纤维表面附着的气体将会排出,超过20 min后改性效果趋于稳定。使用偶联剂改性树脂基体可以增加纤维表面的键合作用,当添加量超过3%时,树脂分子间的过度交联导致复合材料层间剪切性能下降。研究结果为提高芳纶复合材料浸润性能和界面强度提供了理论依据,对航空航天、电力系统中芳纶复合材料设计及制造研究具有参考价值。     

芳纶纤维复合材料界面粘结性能研究

为了改善芳纶纤维复合材料的界面粘结性能,从自制树脂基体入手,针对芳纶纤维的结构特点,合成了一种新型树脂(AFR)作为基体,制备了芳纶/AFR复合材料.通过宏观力学、微观力学以及接触角测试等方法研究了AFR树脂与芳纶纤维之间的界面粘结性能.结果表明:AFR树脂对芳纶纤维的浸润性好,单丝拔出强度高,复合材料的横向拉伸强度及层间剪切强度高,这说明芳纶纤维与AFR树脂之间具有良好的界面粘结性能.     

LiCl处理对芳纶纤维表面结构与性能的影响

为提高芳纶纤维与复合材料基体间的界面强度,首先,使用LiCl乙醇溶液处理芳纶纤维一定时间;然后,对LiCl处理芳纶纤维表面的化学组成、微观形貌、单丝拉伸强度及芳纶纤维/环氧树脂复合材料的界面性能等进行了测试分析。结果表明:使用LiCl乙醇溶液处理芳纶纤维后,芳纶纤维表面的含氮官能团含量增加;处理后,芳纶纤维表面有刻蚀出的沟槽,表面粗糙度增大,进而改善了芳纶纤维与环氧树脂基体的界面粘接性能,使芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度由处理前的21.75 MPa提升到37.98 MPa;最佳处理时间为3~4 h,而处理时间过长会导致芳纶纤维的单丝拉伸强度及复合材料的层间剪切强度下降。所得结论证实使用LiCl处理芳纶纤维是一种有效的表面改性方法。      

改性芳纶纤维/天然橡胶复合材料的制备及性能表征

采用傅里德-克拉夫茨反应原理在芳纶纤维表面接枝环氧氯丙烷,用偶联剂二次改性,研究表面接枝对芳纶纤维结构与性能的影响,并测试了改性芳纶纤维/炭黑/天然橡胶的力学性能。结果表明:改性后芳纶纤维表面的含氧量增加,偶联剂成功引入到芳纶表面,明显增加了芳纶的表面粗糙度和表面活性,降低了芳纶纤维的结晶度,但是对芳纶纤维晶体结构的影响不大,接枝环氧氯丙烷-偶联剂改性的芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料相比于未改性芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料力学性能有明显提高,橡胶加工流变性能分析表明芳纶纤维接枝环氧氯丙烷-偶联剂二次改性增大了复合材料的储能模量和损耗模量,减小了损耗因子从而改善了芳纶纤维与橡胶基体的界面结合强度。     

太阳辐照对芳纶纤维及其复合材料性能的影响

选择K49和F-Ⅲ两种芳纶纤维及其5224A环氧树脂基复合材料为研究对象,以单丝拉伸强度、FTIR、DSC、SEM、复合材料力学性能和介电性能作为表征手段,研究太阳辐照对芳纶纤维的结构性能以及芳纶/环氧复合材料的结构透波性能的影响作用。结果表明:K49在辐照过程中表现出显著的自我屏蔽效应,400h的强度保持率为82%,F-Ⅲ未观察到明显的自我屏蔽效应,强度保持率为50%。辐照前后的FTIR,XPS,DSC,SEM结果证明纤维表层出现了降解,氢键破坏与结晶度下降是引起纤维性能下降的主要原因。太阳辐照前后复合材料的性能测试结果证明辐照对材料的性能无明显影响,辐照后复合材料的弯曲、层间剪切和介电性能基本无变化,拉伸强度略有升高,压缩强度轻微下降,K49/5224A的压缩强度下降了11.8%,F-Ⅲ/5224A的压缩强度下降了6.6%,这主要是由于太阳辐照老化仅引起复合材料表面树脂基体轻微降解所造成的。     

国内外芳纶纤维表面改性的研究进展

介绍了芳纶纤维的特点、芳纶结构对纤维与基体的粘结性、芳纶增强复合材料力争性能的影响，综述了目前国内外芳纶表面改性的常用方法及研究进展，探讨了芳纶纤维表面微观形貌及接枝改性机理，认为根据分叉纤维模型理论，利用表面接枝法在芳纶表面形成枝杈，以这种改性芳纶纤维增强的复合材料的强度和断裂韧性会有很大提高。     

CaCl1和多巴胺处理对芳纶纤维表面结构与性能的影响

采用氯化钙(CaCl2)乙醇溶液和多巴胺水溶液浸渍法对芳纶纤维表面进行改性处理,对改性后芳纶纤维表面的化学结构、微观形貌、表面粗糙度、单丝拉伸强度和芳纶纤维/环氧树脂复合材料的界面性能等进行了测试分析.结果表明,采用CaCl2乙醇溶液处理芳纶纤维后,芳纶纤维表面有刻蚀出的沟槽,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度明显提高,同时由于纤维结构受到破坏,单丝拉伸强度下降了11.12％;采用多巴胺水溶液处理时,芳纶纤维表面沉积了聚多巴胺涂层,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度进一步提高,纤维结构几乎不受影响,单丝拉伸强度降幅较小;采用CaCl2乙醇溶液和多巴胺水溶液先后处理芳纶纤维后,纤维表面的聚多巴胺涂层更致密,复合材料的层间剪切强度达到最大值,同时改性后的纤维具有一定的抗紫外性能,此方法改性效果最优.     

芳纶纤维表面改性的应用研究

介绍了芳纶纤维的优异性能和表面改性方法及在一些复合材料中的应用。芳纶纤维具有高强度、高模量和低密度的优异性能,使其在复合材料中具有广泛的应用前景。但由于芳纶纤维表面活性较低,与基体材料的相容性较差,需要对芳纶纤维表面进行表面改性,超声波浸渍技术具有更环保,方便工业化生产等优点。     

CaCl_2和多巴胺处理对芳纶纤维表面结构与性能的影响

采用氯化钙(CaCl_2)乙醇溶液和多巴胺水溶液浸渍法对芳纶纤维表面进行改性处理,对改性后芳纶纤维表面的化学结构、微观形貌、表面粗糙度、单丝拉伸强度和芳纶纤维/环氧树脂复合材料的界面性能等进行了测试分析。结果表明,采用CaCl_2乙醇溶液处理芳纶纤维后,芳纶纤维表面有刻蚀出的沟槽,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度明显提高,同时由于纤维结构受到破坏,单丝拉伸强度下降了11.12%;采用多巴胺水溶液处理时,芳纶纤维表面沉积了聚多巴胺涂层,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度进一步提高,纤维结构几乎不受影响,单丝拉伸强度降幅较小;采用CaCl_2乙醇溶液和多巴胺水溶液先后处理芳纶纤维后,纤维表面的聚多巴胺涂层更致密,复合材料的层间剪切强度达到最大值,同时改性后的纤维具有一定的抗紫外性能,此方法改性效果最优。     

芳纶纤维表面改性技术及相关机理的研究进展

综述了目前国内外芳纶表面改性的常用方法及研究进展,介绍了芳纶结构对界面粘结性及复合材料力学性能的影响,并对芳纶接枝改性的机理进行了探讨,认为根据分叉纤维模型理论,接枝改性法可以有效提高复合材料性能.     

磷酸处理芳纶纤维的缠绕环氧树脂基体

在用磷酸(PA)溶液处理芳纶纤维的基础上, 系统研究了适用于制备高性能芳纶纤维增强复合材料的缠绕环氧树脂基体, 测试了复合材料的力学性能和热机械性能, 讨论了树脂基体对芳纶纤维增强复合材料界面性能的影响。结果表明: 经过磷酸溶液处理的芳纶纤维表面存在一定量的极性官能团, 与缩水甘油酯类环氧树脂有良好的界面相容性; 经过优化的树脂体系其芳纶纤维增强复合材料的NOL环(Naval Ordnance Laboratory Ring)纤维强度转化率达到95％, 层间剪切强度(ILSS)达到79MPa, 界面剪切强度(IFSS)达到76MPa, 具有较好的界面性能。      

具有液晶性能的改性芳纶的合成

利用界面聚合法对间位芳纶进行表面接枝改性,制备出新型具有液晶性能的芳纶。采用傅立叶转换红外光谱(FT-IR)对芳纶表面结构进行表征。由扫描电子显微镜(SEM)照片可以看出,改性后的芳纶表面变得粗糙,改性后纤维直径约为20μm。利用差示扫描量热法(DSC)对改性后纤维进行热性能分析,结果表明纤维具有液晶性能,在升、降温过程中的介晶相范围分别为192℃~237℃和147℃~209℃。接枝改性后的芳纶可以增加纤维与基体间的界面粘合性,提高复合材料的力学性能。     

芳纶纤维的磷酸表面处理及其树脂基复合材料界面性能

采取不同浓度的磷酸水溶液对芳纶纤维进行表面处理, 并对不同处理条件下芳纶纤维的单丝强度、表面性质及其环氧树脂复合材料的界面性能进行了分析和测试。结果表明: 20 wt %磷酸溶液处理的芳纶纤维, 纤维表面含氧官能团含量最高; 继续提高磷酸溶液的浓度, 含氧官能团含量下降, 纤维表面趋于平整, 单丝强度上升。用20 wt %磷酸溶液处理芳纶纤维, 纤维/ 环氧树脂基复合材料的层间剪切强度达到62 MPa , 界面剪切强度提高18 % , 是一种简单有效的表面处理方法。纤维表面粗糙度和纤维表面含氧官能团的数量是影响芳纶纤维/ 环氧树脂复合材料界面结合性能的关键因素。      

纤维增强树脂基复合材料防弹性能影响因素及破坏机制

以超高分子量聚乙烯(Ultra High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)纤维、S-玻璃纤维、芳纶1414纤维和杂环芳纶纤维增强聚烯烃(Polyolefin,PO)和水性聚氨酯(Waterborne Polyurethane,WPU)树脂,采用热压工艺制备正交单向无纬(UD)结构复合材料装甲板;通过装甲板弹道极限速度测试,研究了纤维增强树脂基复合材料装甲板防弹性能的影响因素;通过体视显微镜观察装甲板侵彻破坏形貌,分析了纤维增强树脂基复合材料的破坏机制。结果表明:UHMWPE纤维增强PO树脂基复合材料的防弹性能与UHMWPE纤维的强度和模量呈正相关,但纤维模量对复合材料防弹性能的影响随着纤维模量的增大而逐渐变弱;在WPU树脂体系下,四种纤维的防弹性能由高到低依次是UHMWPE纤维、杂环芳纶纤维、芳纶1414纤维、S-玻璃纤维;纤维增强树脂基复合材料装甲板中纤维破坏方式有迎弹面纤维被剪切冲塞、中部被纤维拉伸变形后剪切、背弹面纤维被拉伸断裂,中部纤维拉伸变形是消耗子弹动能的主要方式。     

化学改性芳纶纤维增强水泥基复合材料的性能

采用化学改性法对芳纶纤维进行表面处理, 研究了改性前后芳纶纤维对水泥基复合材料强度及抗冲击性能的影响。结果表明: 芳纶纤维的掺入可以提高水泥砂浆的抗折强度和抗冲击性能, 经化学改性后的芳纶纤维增强效果更加明显。当掺杂纤维的体积分数为1.0%时, 化学改性前后芳纶纤维增强水泥砂浆试样与基准砂浆试样相比, 其28天抗折强度分别提高了15.18%和23.85%, 抗冲击韧性分别提高了276.74%和294.54%。采用SEM对芳纶纤维表面微观形貌及试样断口形貌进行了观察, 利用XPS对改性前后芳纶纤维表面元素变化进行了研究, 探讨了芳纶纤维对水泥砂浆的增强机制。