国产芳纶Ⅲ纤维复合材料层间剪切性能研究

通过不同官能团数的环氧树脂复配得到4种性能不同的树脂配方,制备了复合材料NOL环,探讨了基体性能、工艺参数对复合材料层间剪切性能的影响.结果表明:树脂体系的韧性对复合材料NOL环的层间剪切性能影响较大,其中韧性较好的R32体系的层间剪切强度达到49MPa,而韧性较差的R34体系只有37MPa;工艺参数对层间剪切强度影响...     

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。     

接枝改性对F—12纤维及其环氧复合材料力学性能影响的研究

采用稀氢氧化钾溶液对Ｆ－１２纤维表面进行处理,将－ＣＯＯＫ基团引入到Ｆ－１２纤维表面,作为环氧氯丙烷接枝的引发剂,并分析了温度和时间对Ｆ－１２纤维拉伸到强度及其环氧复合材料层间剪切强度的影响。     

接枝改性对F-12纤维及其环氧复合材料力学性能影响的研究

采用稀氢氧化钾溶液对Ｆ－ １２ 纤维表面进行处理,将—ＣＯＯＫ 基团引入到Ｆ－ １２纤维表面,作为环氧氯丙烷接枝的引发剂．并分析了温度和时间对Ｆ－ １２ 纤维拉伸强度及其环氧复合材料层间剪切强度的影响．表明：在温和条件下将—ＣＯＯＫ 基团引入到Ｆ－ １２纤维表面,进而引发环氧氯丙烷的接枝,可以提高Ｆ－ １２环氧复合材料的层间剪切强度,而纤维的拉伸强度只有较小的损伤．     

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。      

芳纶纤维表面改性及其对芳纶/橡胶复合材料黏合性能的影响

以原位乳液聚合方法合成水性聚氨酯预聚体（WPUP）包覆纳米ZnO粒子（ZnO@WPUP）,将KOH预处理后的芳纶纤维浸渍在改性ZnO乳液中进行二次处理,进一步与天然橡胶硫化,得到ZnO@WPUP改性芳纶/橡胶复合材料,并通过FTIR、SEM和H抽出实验等测试分析ZnO@WPUP对芳纶/橡胶复合材料黏合性能的影响。结果表明：WPUP能有效提高ZnO分散性,随着WPUP含量增加,ZnO@WPUP在芳纶纤维表面分散更加均匀,纤维表面粗糙度增大,改善了芳纶纤维表面橡胶的黏附量,从而大幅度提高芳纶/橡胶复合材料的黏结强度。     

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Ⅲ纤维及其复合材料制品研究进展

介绍了国产芳纶Ⅲ纤维的制作过程、力学性能和表面状态,复合材料性能采用NOL环、单向板及其复合材料容器进行试验。结果表明,芳纶Ⅲ纤维复合材料压力容器性能水平已达到国外同类纤维性能水平。芳纶Ⅲ纤维复合材料可以应用于高性能的航天产品,是我国目前可以开展工程应用的最高水平的国产纤维复合材料。     

纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的制备及界面改性

采用热压成型法制备纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮(CFF/PEEK)航空热塑性复合材料。通过对碳纤维(CF)进行去浆、活化,及采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)进行表面涂层,显著提高了CFF/PEEK复合材料的层间剪切强度。讨论了热压温度、压力等工艺参数对材料综合力学性能的影响规律,确定优化工艺条件,制备的复合材料拉伸强度和弯曲强度分别达到714.29 MPa和955.84 MPa。借助扫描、金相显微镜等观察手段,发现经过界面改性处理后,复合材料断裂发生在基体内部而非界面处,基体与增强体浸润性和结合性良好。     

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。     

纳米SiO2改性上浆剂对炭纤维复合材料界面性能的影响

利用单纤维碎裂法，三点短梁法，扫描电镜（SEM）和动态力学热分析（DMTA）研究了未上浆炭纤维、环氧树脂乳液上浆炭纤维和经纳米SiO2改性环氧树脂乳液上浆炭纤维增强树脂基复合材料（CFRP）的界面性能。结果表明：炭纤维经改性乳液上浆剂和未改性乳液上浆剂上浆后，与未上浆相比，其单纤维复合材料的界面剪切强度（IFSS）分别提高了79％和41％，复合材料的层间剪切强度（ILSS）分别提高了14％和9％。DMTA图谱显示经纳米SiO：改性上浆的CFRP其损耗角正切（tanδ）较未改性上浆的降低18％，玻璃化温度（Tg）高出5℃。说明上浆剂中添加纳米SiO2可使上浆后的CFRP界面黏结性得到显著增强。     

氟化石墨烯结构表征及接枝增强芳纶Ⅲ薄膜的力学性能

首先对自制的氟化石墨烯(FG)进行结构与性能表征。然后采用拥有优异耐热性和分散性的FG对芳纶Ⅲ(PA)薄膜进行共混改性,提高其力学性能。PA分子链的咪唑环上的氮原子因弱碱性而具备亲核反应能力,有望取代氟化石墨烯的氟原子形成C-N键,进而有效增强聚合物基体。然而,研究发现,PA胶液中的HCl会与咪唑环络合,降低咪唑环的反应活性。吡啶的加入中和了HCl的同时也能够催化反应,促进C-N的生成。红外光谱结果表明,加入吡啶的FG-PA复合体系能够形成基体与填料间的C-N共价键接。同时,加入吡啶所制得的FG-PA共混薄膜相比未加入吡啶的拉伸强度增加了25.6%。     

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。     

废弃对位芳纶粉末表面烷基化改性研究

对废弃的低相对分子质量对位芳纶(PPTA)粉末进行烷基化改性,以改善PPTA的化学惰性,研究了溶剂对烷基化产物表面接触角和溶解性能的影响,通过红外光谱仪、热重分析仪、比表面积及孔径分析仪、扫描电子显微镜对目标产物进行了表征。结果表明,以N-N二甲基甲酰胺、二甲亚砜(DMSO)作为溶剂时,PPTA粉末烷基化改性效果良好。为此通过正交试验对比了使用2种溶剂合成的烷基化产物的接触角,确定了最佳溶剂为DMSO,优化出适宜的改性工艺条件：溴代正丁烷与PPTA粉末质量比为3.5∶1,氢化钠质量分数为0.4%,反应时间为4.5h,反应温度为80℃,在此基础上进行3次重现性实验,烷基化产物接触角平均值为117.26°。     

水溶性上浆剂改性芳纶增强环氧复合材料界面研究

为提高芳纶与环氧树脂间的界面结合力,本文开发了一种新型水溶性上浆剂,该上浆剂具有环保,不改变原有工艺等特点。该上浆剂能在芳纶表面通过自组装形成一层单分子层,该单分子层可以参与环氧树脂的固化,增大复合材料层间剪切强度,上浆后界面剪切强度提高23.81%,该方法可以在不损伤芳纶本身性能前提下提高与环氧树脂间的界面剪切强度,并且可以修复纤维表面的缺陷。     

芳纶表面改性及其与丁腈橡胶复合材料的性能研究

为增强对位芳纶纤维(PPTA)与丁腈橡胶(NBR)之间的界面粘结强度,采用多巴胺(DA)-硅烷偶联剂对芳纶纤维联合改性并制备PPTA/NBR复合材料。结果表明,纤维改性后表面粗糙度增加;表面元素含量和种类都发生较大变化;在H试样抽出测试中,改性后的PPTA帘线/NBR试样抽出力相对于未改性试样增大64.02%,且黏附橡胶较多。改性后的PPTA/NBR试样,纤维含量相同时,断裂伸长率和拉伸强度相对未改性的PPTA/NBR试样增大;随着纤维含量的增加,使用同种方法处理的PPTA/NBR复合材料断裂伸长率减小,拉伸强度先增大后减小。     

Fe-BTC@芳纶复合材料的制备及其性能研究

采用层层自组装的方式在芳纶织物的表面负载金属有机框架材料(MOF)Fe-BTC。通过红外光谱、扫描电镜、能谱分析了Fe-BTC@芳纶的表面形态以及组成结构。并测试了Fe-BTC@芳纶催化双氧水降解异丙隆的性能。结果表明：循环自组装20次的Fe-BTC@芳纶复合材料在双氧水浓度为20mmol/L下,24h可将5mg/L异丙隆完全降解。Fe-BTC@芳纶对大肠杆菌的抑菌率达到了97.4%,表明Fe-BTC@芳纶在水处理和化学防护方面具有潜在的应用前景。