CFRP表面的激光处理及其结构与性能研究

采用光纤激光器对碳纤维复合材料(CFRP)表面进行处理,通过研究激光的光斑直径(D_g)和Z轴距离(L_Z)的关系,研究了L_Z对CFRP表面形貌、结构,以及对CFRP与铝合金单搭接接头胶接拉伸剪切强度(τ)的影响。结果表明:L_Z为5～25 mm时,随着L_Z的增加,D_g增大;L_Z为20 mm时,激光处理后的CFRP表面的环氧树脂基本去除,碳纤维几乎没有被破坏,排列仍然规整,环氧树脂去除的效果较好,且其表面烧蚀率最大为7.6 g/s,CFRP与铝合金单搭接接头的τ最大为15.46 MPa。     

高黏度聚对苯二甲酰对苯二胺纺丝原液的制备

采用低温溶液缩聚的方法,在N-甲基吡咯烷酮(NMP)-氯化锂(LiC)l溶剂体系中,引入了4,4'-二氨基二苯醚(4,4'-ODA)作为第三单体,与对苯二胺(PDA)和对苯二甲酰氯(TPC)反应,得到可用于直接湿纺的均相共聚物原液。研究了单体浓度、第三单体用量、反应时间、反应温度、助溶剂及吡啶用量对纺丝原液黏度的影响。     

3,4'-ODA改性PPTA的制备及其性能研究

采用低温溶液缩聚法,在刚性的聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)聚合体系中引入柔性第三单体3,4'-二氨基二苯醚(3,4'-ODA),得到了比浓对数黏度较高的改性PPTA树脂,讨论了3,4'-ODA含量对改性PPTA的比浓对数黏度、结晶性能、热性能和溶解性能以及改性PPTA薄膜的表面形态和力学性能的影响。结果表明:随着3,4'-ODA含量的增加,PPTA的溶解性变好,能够有效推迟聚合反应相转变的时间,提高相对分子质量;当3,4'-ODA摩尔分数为0~5%时,随着3,4'-ODA含量的继续增加,改性PPTA相对分子质量呈现先增加后下降的趋势,结晶度从54.21%下降为44.73%,但却仍能保持良好的耐热性能,最大分解温度均在590℃左右;引入少量的3,4'-ODA后,改性PPTA溶解性变好且制得的薄膜力学性能良好;当3,4'-ODA摩尔分数为2%时,改性PPTA比浓对数黏度最大为3.57,其薄膜的强度和模量最高,强度为96.30 MPa,模量为2.67 GPa。     

扫描速度对激光熔覆钛合金复合涂层显微组织的影响

通过选择合适的激光扫描速度,提高钛合金表面激光熔覆层的质量。在Nd:YAG激光器上采用不同的扫描速度进行熔覆实验,在Ti-6A1-4V合金表面预置Ti和B混合粉末,制备出原位自生的TiB金属陶瓷复合涂层,并对其进行XRD物相分析、显微组织观察及显微硬度分析。涂层主要是由Ti和TiB物相组成,钛合金基体呈现枝晶状或鱼骨状形貌,TiB以胞晶或颗粒状分布在呈枝晶状的Ti周围。随着扫描速度的增加,涂层的硬度也越来越高,但熔覆层深度降低。在不同扫描速度下,熔覆层均与基体呈现良好的冶金结合。存在着增强相的弥散强化作用,熔覆层的硬度得到提高。     

邻氯对苯二胺改性PPTA聚合体的合成与性能表征

采用低温溶液缩聚的方法,在N-甲基吡咯烷酮(NMP)-氯化锂(LiCl)溶剂体系中引入了邻氯对苯二胺作为第三单体,与对苯二胺(PPD)和对苯二甲酰氯(TPC)反应,得到改性PPTA树脂。考察了第三单体含量对聚合体ηinh的影响,并对合成的芳香酰胺进行了XRD、TG、SEM等分析表征。研究结果表明改性聚合体的结晶度及热性能与PPTA相比略有下降,但仍不失为良好的稳定型树脂。通过表征膜的力学性能,发现加入45mol%第三单体制备的薄膜具有最佳的力学性能,与相同条件下制备的PPTA薄膜相比其拉伸强度有明显的提高,而且加入第三单体能够逐渐提高薄膜的断裂伸长率,改善薄膜的韧性。     

低温溶液缩聚PPTA共聚物的直接湿法纺丝研究

采用低温溶液缩聚法,在聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)聚合体系中引入了一定量的4,4'-二氨基二苯醚(4,4'-ODA),制备出了高黏度的改性PPTA纺丝原液,并直接进行湿法纺丝;研究了使用不同黏度的纺丝原液时,拉伸倍数、凝固浴温度、凝固浴浓度等纺丝工艺条件对初生纤维力学性能的影响,确定了最佳的湿法纺丝条件;借助扫描电镜、热重分析仪、红外光谱、X射线衍射对纤维的结构和性能进行了表征。结果表明:4,4'-ODA被成功地引入到PPTA中,但改性PPTA的结晶性能和耐热性能下降;当改性PPTA纺丝原液的比浓对数黏度(ηinh)从2.12 dL/g增大至2.58 dL/g,拉伸倍数从1.25增加至2.27时,改性PPTA纤维的强度均有所增加;最佳纺丝条件为改性PPTA的ηinh2.58 dL/g,纺丝温度50℃,拉伸倍数2.27,凝固浴为N-甲基吡咯烷酮与水的体积比1∶9,凝固浴温度30℃,在此条件下可制得改性PPTA初生纤维的断裂强度为4.22 cN/dtex,断裂伸长率为24.9%,模量为105.98 cN/dtex。     

PPTA烷基化改性研究

通过对聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)烷基化改性以改善PPTA的溶解性,研究了影响PPTA烷基化反应的因素对烷基化PPTA的取代度和溶解性能的影响。结果表明:氢化钾(KH)和氢化钠(NaH)作为金属离子化试剂,其中KH离子化条件较温和,反应相对完全,离子化程度较好;PPTA树脂的相对分子质量对其烷基化改性影响不大,实验中选取的比浓对数黏度(ηinh)为4.6~9.0 dL/g的PPTA均可进行烷基化;烷基化取代试剂为溴代烷烃,随着溴代烷烃中碳原子数的增加,取代度相对降低,但溶解性相当;适宜的PPTA烷基化改性条件为PPTA的ηinh4.6~9.0 dL/g,PPTA的二甲基亚砜溶液质量分数1.3%,N—H基团/KH/BrC4H9的摩尔比1∶1∶1,离子化反应温度40℃,离子化时间4 h,取代反应温度30℃,取代反应时间17 h,所得烷基化改性的PPTA取代度达99.5%,在1 mL的氯仿或四氢呋喃的溶剂中的溶解度大于20 mg。     

芳纶纤维的研究现状与进展

综述了国内外芳纶纤维生产现状与市场需求。介绍了芳纶纤维制备技术和研发进展包括：共聚合单体设计、聚合反应控制、纺丝工艺、表面改性和结构表征等、并对聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）树脂的阴离子烷基化技术及其应用作了介绍。详细叙述了表面涂层、高能射线、等离子体处理的物理方法和通过表面活性化、表面接枝等化学方法对芳纶纤维表面进行改性的研究作了洋述。给出了采用微聚焦同步辐射新技术观察芳纶纤维结构的结果。结合我国的实际情况,提出了发展我国芳纶产业的建议,包括加强基础研究以促进芳纶纤维工艺技术的完善和快速发展,加强多学科合作、关键设备与工程集成、国产芳纶的推广应用及产能控制等。     

热拉伸处理温度对PPTA纤维结晶和力学性能的影响

为提高国产聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维的拉伸模量,采用热拉伸法在不同温度下对PPTA纤维进行处理,利用纤维强伸度仪、乌氏黏度计、X射线散射仪对纤维进行测试,研究热拉伸处理温度对纤维结晶性能和力学性能的影响。结果表明：随着热处理温度的升高,PPTA纤维的拉伸强度降低,模量先增大后减小,在440～480℃时综合力学性能较好;PPTA纤维的结晶度与模量变化趋势相似,在拉伸温度为500℃时结晶度最大为74.0%;与未处理PPTA纤维相比,热拉伸处理后纤维的晶粒尺寸增大,取向度提高;比浓对数黏度与拉伸强度的变化趋势一致,随着热处理温度的升高而降低。     

超临界二氧化碳下以六亚甲基二异氰酸酯改性芳纶

借助超临界二氧化碳的溶胀及携带性能,将六亚甲基二异氰酸酯(HD)I携带进入芳纶中,并对纤维进行改性,利用力学性能测试、红外光谱、扫描电镜、X-射线光电子能谱方法测试了纤维的力学性能以及纤维与基体树脂的界面黏附性能,观察了纤维的表面形貌,分析了纤维表面的元素分布等。结果表明:经改性的纤维强度及模量均有提高;纤维表面变得粗糙,N元素含量明显增加,极性基团增加;复合材料界面剪切强力明显增加,表明纤维更适合用作复合增强材料。