纳米TiO_2涂覆法改善PBO纤维/环氧树脂界面剪切强度

采用溶胶凝胶涂覆法对PBO纤维进行表面改性,以提高PBO纤维与环氧树脂之间的界面剪切强度(IτFSS)。将PBO纤维用纳米二氧化钛溶胶进行涂覆处理,然后经过热处理,在纤维表面形成纳米粒子,增加纤维表面粗糙度,从而提高纤维与环氧树脂之间的IτFSS。通过对不同的涂覆处理条件进行了研究,并提出了纳米粒子对提高IτFSS的"楔子"效应机理。研究发现,当纳米二氧化钛溶胶中浸渍时间为3 min,热处理时间为4 min时,PBO纤维与环氧树脂基体的IτFSS最大,其IτFSS可提高56.4%。     

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。     

湿热老化对PBO纤维/环氧树脂单向复合材料弯曲性能的影响

研究了在湿热老化过程中,PBO纤维/环氧树脂单向复合材料弯曲性能的变化规律,发现PBO纤维/环氧树脂复合材料具有不同于一般的纤维增强树脂复合材料的湿热老化特点。研究发现PBO纤维/环氧树脂单向复合材料在湿热老化过程中,相比温度而言,湿度对复合材料弯曲性能的影响更为显著,复合材料在老化过程中吸水率增加的同时,弯曲性能相应降低。其主要原因在于PBO纤维的表面为化学惰性,表面形貌光滑,与环氧树脂浸润性不好,界面粘接力主要是较弱的范德华力。在湿热老化过程中,水分的吸收和渗透造成PBO纤维与环氧树脂基体之间的界面的破坏,构成了该类复合材料独特的湿热老化特性。     

碳纤维/PBO纤维层间混杂复合材料性能

分别采用HTA-P30碳纤维、T800碳纤维与PBO纤维进行了层间混杂,研究了不同的混杂比、不同性能的碳纤维以及不同的粘接界面对PBO/碳纤维复合材料的拉伸性能和层间剪切性能的影响。试验结果表明,T800与PBO纤维混杂后,复合材料的强度表现出混杂负效应,而模量和层间剪切强度表现出混杂正效应,且均随混杂比的增大而降低。PBO纤维经过表面处理后,提高了混杂复合材料的弱界面层粘结性能,从而强度、模量、层间剪切强度的混杂效应系数均有不同程度的增大,尤其是层间剪切强度的混杂效应系数提高程度很大,并且与纤维的表面状态密切相关。随着PBO纤维的混入,可降低复合材料性能的分散性(离散系数),提高质量可靠性。     

PBO/SWNT复合纤维的合成与性能

利用原位聚合法成功制备了聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)/单壁碳纳米管(SWNT)复合物,并用干喷湿纺法对聚合物进行了纺制.SWNT采用强氧化性酸处理,形成羧基化的单壁碳纳米管(SWNT-COOH).用拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、强度测定、热重分析等分别对SWNT、PBO/SWNT复合纤维进行了表征.研究表明,碳纳米管经过酸处理后,表面含有较多的羟基和羧基官能团.PBO/SWNT复合纤维保持了PBO纤维的优异耐高温性能,纤维拉伸强度与同条件下PBO纤维相比提高了50%.     

聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维制备及性能研究

采用4,6-二氨基间苯二酚(DAR)与对苯二甲酸(TPA)缩聚的方法制备PBO聚合物溶液,在180~200℃使聚合物形成液晶态,利用干喷湿纺制法制备纤维。采用DSC、Raman及XRD等方法对纤维进行表征。制备的纤维与商品纤维相比,具有相同的结构和热性能,但表面形貌和强度有差异;两种纤维具有6个相同的主要Raman光谱带,但制备纤维的峰面积较小。制备的PBO纤维热降解温度达650℃,热牵伸处理可使纤维的模量提高至240~300 GPa。     

几种高性能纤维的表面性能及其对界面粘接的影响

分别使用扫描电镜和X射线光电子能谱仪，对T-800炭纤雏、F-12有机纤维及新型超高强度PBO纤雏(聚对苯撑苯并双嗯唑)进行了物理与化学表征和分析，用SEM观察得出这三种纤雏表面物理形态差别清晰可见，T-800纤雏表面沟槽深且直径小，PBO纤雏表面极光滑且直径中等，F-12纤维直径最大且表面有微小沟槽。XPS定量分析表明，这三种纤维表面活性也不一样，T-800纤维表面活性较多，PBO纤维表面活性最差。纤维表面状态的差异体现在它们与树脂复合后的材料界面粘接性能上，T-800纤维的界面剪切强度(IFSS)高，F-12纤雏次之，PBO纤雏最差。     

γ-射线辐照APMOC纤维对AFRC弯曲强度的影响

为最大限度地发挥芳纶纤维增强复合材料(AFRC)的综合性能,确定了未处理AFRC的最佳树脂含量为36%~42%,再对在氮气介质中的APMOC纤维进行γ-射线辐照改性处理,采用单向纤维增强塑料弯曲性能试验方法及扫描电镜研究了辐照剂量对AFRC弯曲强度的影响。结果表明,在辐照剂量200~1000 kGy范围内,AFRC的弯曲强度均增加,且600 kGy的辐照剂量时复合材料弯曲强度提高幅度最大;经γ-射线辐照处理的芳纶纤维,其表面氧含量有所提高,使得纤维表面活性增大,且表面粗糙度有所增加,使树脂与纤维之间的粘合作用得到强化。     

PBO纤维的紫外光老化及防老化研究

研究了PBO纤维的紫外光老化行为,并对PBO纤维的防光老化做了初步的研究.研究首次发现,PBO纤维的光降解过程可分为物理和化学2个阶段.物理阶段主要表现为纤维皮层结构缺陷的产生和发展,纤维强度缓慢下降;化学阶段表现为PBO大分子链的化学断链,纤维皮层和结晶结构遭到严重的破坏,纤维强度快速降低.另外,通过调整PBO纤维内...     

纺丝工艺参数对初生PBO纤维性能的影响

采用干喷-湿法液晶纺丝技术制得初生PBO纤维,对纺丝原液浓度、纺丝温度、纺丝压力、拉伸比等几个主要工艺参数的选择进行了讨论,分析了这些工艺参数对初生PBO纤维性能的影响。研究结果表明,随着聚合物浓度的升高,PBO的分子量增大,制得纤维的拉伸强度增大;最佳纺丝温度为160~180℃;纺丝压力提高,有利于纺丝;拉伸比增大,有利于提高纤维的性能。     

PBO纤维表面分析与表面偶联剂处理

通过热重分析及红外光谱分析技术对PBO纤维表面涂层及含量进行了研究分析。通过单丝拔出实验研究了偶联剂浓度与单丝拔出强度的关系。结果表明，纤维表面涂层是由几种有机物组成的混合物；用偶联剂表面处理后，纤维单丝拔出强度得到了提高，其中用KH560处理后的强度要比经KH550，KH570，KH590处理的强度高，提高率最高可达59％。     

原位聚合法制备多壁碳纳米管-聚对苯撑苯并双噁唑纳米复合材料

采用强氧化性酸处理多壁碳纳米管(MWNTs),形成官能化的多壁碳纳米管(FMWNTs),用傅立叶红外光谱(FT-IR)、光电子能谱(XPS)对处理前后MWNTs的表面官能团进行了分析,并利用原位聚合法成功制备了FMWNTS-PBO纳米复合材料。结果表明,碳纳米管经过酸处理后,表面含有较多羰基和羟基的极性官能团,FMWNTs-PBO纤维的钩接强度比同条件下PBO纤维的钩接强度高出30%。文中给出了FMWNTs和PBO低聚物的聚合机理。     

热处理对3D-C/PyC/SiC力学性能的影响

研究了2种热处理工艺对3D-C/PyC/SiC力学性能的影响规律和机制。沉积SiC基体前对有PyC界面相的炭纤维编织体进行热处理,使3D-C/PyC/SiC的室温弯曲强度和KIC显著提高,最大提高幅度分别可达38.6%和80.5%。沉积SiC基体后对C/PyC/SiC进行热处理,使3D-C/PyC/SiC的室温弯曲强度和KIC显著降低,最大降低幅度均可达60%以上。     

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。     

表面氧化处理对提高碳/酚醛材料性能的影响

采用次氯酸氧化和ＫＨ５５０偶联剂对碳纤维表面进行处理，研究了其对提高碳纤维及碳布增强钡酚醛材料力学性能和烧蚀性能的影响，并对氧化处理后碳纤维的表面性能进行了表征。得出，该方法是提高复合材料层间剪切强度和持有效方法，它可 间剪切强度提高了１７．５％，线烧蚀率减小５８．６％。     

热老化对APMOC和PBO拉伸性能的影响

为研究热对阿莫斯（APMOC）和聚对亚苯基苯并双唑（PBO）力学行为的影响,用高温干燥箱在温度100,120,150℃下分别对两者进行热老化实验,并对老化试样进行单丝拉伸测试和拉伸断口的电镜扫描观察（SEM）。实验结果表明：PBO具有较APMOC更优的热稳定性,在实验温度范围内,PBO的性能基本不变;AP-MOC在温度100,120℃处理时性能有所增强;老化对两种纤维模量的影响均很小,而断裂伸长率均有所下降;SEM发现纤维失效形式由原纤化向脆性断裂转变,与其他芳纶老化情形一致。     

树脂含量对芳纶纤维/环氧复合材料性能的影响

研究了树脂含量对芳纶纤维／环氧复合材料的性能的影响，主要是浸胶纤维强度，压力容器中纤维强度的发挥系数，容器特性系数pV/Wc。给出了按混合定律计算复合材料强度的修正系数，提出了对容器进行表面处理以改善其内外层含胶量的均匀度，并进行了实验，实验证明，容器内外层树脂含量分布更为均匀，容器的性能得到提高。     

碳纤维表面改性研究进展

文章阐述了碳纤维增强树脂基复合材料中界面的粘接机理 ,介绍了碳纤维的表面结构与性能 ,重点综述了常用的碳纤维表面处理方法。     

纺丝工艺对炭纤维缠绕复合材料强度转化率的影响

通过不同纺丝工艺的聚丙烯腈基炭纤维表面状态、NOL环及Φ150 mm容器的实验研究,分析了不同纺丝工艺对湿法缠绕复合材料聚丙烯腈基炭纤维强度转化率的影响。结果表明,干喷湿纺炭纤维比湿法纺丝Φ150 mm容器环向纤维强度转化率要高出11.9%~15.4%,湿法纺丝的炭纤维复合材料NOL环层间剪切强度要比干喷湿纺炭纤维复合材料高7.4~34.1 MPa。因此,干喷湿纺的炭纤维可应用于固体火箭发动机缠绕壳体、压力容器等主要承受拉伸应力的领域,可充分发挥其纤维强度;而湿法纺丝工艺制成的炭纤维与树脂基体结合紧密,利于载荷的传递,可应用于承受压缩剪切等复杂载荷的领域,从而发挥这两种纤维各自不同优势。