改进型芳纶Ⅲ纤维及其复合材料性能

以改进型芳纶Ⅲ纤维(F-3A)的研制及工程化应用为背景,开展了F-3A 纤维及其复合材料性能 研究,采用改进型环氧树脂体系与F-3A 纤维复合进行了NOL 环及其全尺寸复合材料缠绕构件试验考核。试 验结果表明,F-3A 纤维的力学性能优异,工艺性能稳定,能够满足复合材料结构工程应用要求。     

PBO/环氧树脂界面的分子建模与力学性能预测

PBO纤维具有十分优异的力学性能和耐高温性能,但由于其分子结构复杂、纤维表面光滑且呈化学惰性,PBO纤维与环氧树脂基体的界面性能与其他纤维相比具有许多差异,且相关实验研究难度较大。采用分子动力学方法,通过动态模拟环氧树脂基体在PBO纤维表面的固化过程,建立了PBO纤维与不同交联度的PBO/环氧树脂界面分子模型。根据体系的相对原子浓度图,确定了界面的存在及其厚度,并通过虚拟单轴拉伸研究了不同交联度下PBO/环氧树脂界面的力学性能。结果表明,不同交联密度下界面厚度基本一致,均在5~6,小于炭纤维等其他增强体复合材料的界面厚度;力学性能随着交联密度的增加而增强,与其他纤维定性类似,但交联度对界面力学性能影响较小,纤维与界面之间的分子作用力对界面力学性能影响较大,使界面力学性能显著增强。     

紫外光辐照对PBO纤维复合材料力学性能的影响

采用紫外光加速老化试验箱、材料试验机和DMA研究了紫外光辐照时间对PBO纤维复合材料性能的影响。研究结果表明:紫外光辐照导致PBO纤维复合材料的拉伸强度、弯曲强度以及层间剪切强度出现了一定程度的下降,但对复合材料的模量影响较小;经紫外光辐照一定时间后,PBO纤维复合材料的耐热性和刚性均有所提高,随着辐照时间增加,复合材料的E′和E″向低温方向移动,表明复合材料的耐热性和刚性又开始下降。     

PBO-C/ E 复合材料的界面及压力容器性能

研究了PBO纤维与T700碳纤维混杂复合材料的界面性能和压力容器性能。采用层间剪切强度测试和吸水率测试研究了不同混杂比对混杂复合材料界面粘接性能和吸水性能的影响。研制了PBO纤维与T700碳纤维混杂复合材料Ф150 mm压力容器,对容器的水压爆破性能和轴压承载性能进行了测试。结果表明:混杂复合材料的层间剪切强度随着混杂比增大逐渐升高,当T700碳纤维含量较低时,混杂复合材料界面粘接性能提高并不明显;混杂复合材料的吸水率介于PBO纤维和T700碳纤维复合材料之间,近似符合"混合定律",界面数对混杂复合材料吸水性影响较大;混杂复合材料Ф150 mm容器的PV/W随着混杂比增大逐渐降低,混杂工艺能够使PBO纤维复合材料容器的轴压承载性能提高31%。     

PBO纤维复丝制备与可靠性分析

通过PBO纤维复丝浸胶树脂配方研制与设计试样规格等方法,进行了PBO纤维复丝制备与可靠性研究。采用扫描电子显微镜(SEM)表征PBO表面形貌;利用X射线光电子能谱表征纤维表面与树脂配方化学特征;通过差示扫描量热法(DSC)对树脂配方进行固化动力学分析;利用动态热机械分析(DMA)对树脂配方热稳定性进行了表征;通过浇铸体力学性能分析树脂配方机械性能;通过PBO纤维复丝拉伸性能进行可靠性分析。结果表明:研制的FS-J树脂配方与PBO纤维匹配性高,浸润均匀,存储适用期长,端头补强牢固,制样周期短,复丝拉伸强度、弹性模量和延伸率数据平稳,波动性低,拉伸强度离散率3%,测试可靠性高,可保证高质量、高效率、高稳定性的进行PBO纤维力学性能评价。