設計制備雜化涂劑改善芳綸纖維及其復合材料的界面性能.pdf

1、芳綸纖維具備卓越的拉伸強度、韌性、模量和優(yōu)異的抗沖擊、耐高溫等性能，芳綸纖維增強樹脂基復合材料則具有優(yōu)良的抗沖擊性能、損傷容限、斷裂韌性以及良好的可加工性能，常被應用于國防軍工、航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域。但是，一方面，由于芳綸中含有酰胺鍵和苯環(huán)等發(fā)色基團，容易吸收紫外線而引起分子鍵的斷裂，使其力學性能下降，影響其使用性能;另一方面，芳綸纖維具有皮芯結(jié)構(gòu)，表面光滑，呈化學惰性等特點，使其很難與樹脂基體產(chǎn)生良好界面結(jié)合，導致其復合材料的力學性能

2、不能得到充分的發(fā)揮。
　　為了提高芳綸纖維的性能特別是抗紫外線的性能和芳綸纖維增強復合材料的界面性能，論文結(jié)合芳綸纖維的特點，設計合成了適合芳綸纖維的雜化涂劑，并利用設計合成的涂劑對芳綸纖維表面進行改性，研究改性對芳綸纖維性能特別是抗紫外性能的影響。在此基礎上，以表面改性后的芳綸為增強材料制備復合材料，研究雜化涂劑處理對芳綸纖維復合材料界面的改善作用。
　　首先，根據(jù)芳綸纖維的特點及對機理探究和配方優(yōu)化，以固體酸催化劑替代常

3、規(guī)的液體酸催化劑，以空氣中的水分替代常規(guī)溶膠-凝膠體系中添加的水量，設計合成二氧化硅/形狀記憶聚氨酯(SiO2/SMPU)雜化涂劑，并利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)等對其結(jié)構(gòu)形態(tài)進行表征。研究結(jié)果表明:SiO2/SMPU雜化涂劑體系中粒子尺寸在11.9 nm到61.7 nm之間，分散均勻，無機粒子相與有機相之間顯示出優(yōu)異的界面結(jié)合性能，涂劑體系穩(wěn)定，密封保存可達6個月以上，改變了目前溶膠-凝膠體系無法長期保存的現(xiàn)

4、狀，便于工業(yè)化的使用。
　　其次，采用磷酸對芳綸纖維表面進行常規(guī)預處理，再利用設計合成的雜化涂劑對預處理的芳綸纖維進行改性。采用傅里葉紅外光譜(FTIR)、X射線光電子能譜(XPS)、原子力顯微鏡(AFM)等分析測試手段分析測試了經(jīng)雜化涂劑處理后纖維的表面化學結(jié)構(gòu)、物理形貌以及力學、熱學和抗紫外老化性能。結(jié)果顯示，經(jīng)過雜化涂劑處理后，芳綸纖維的抗紫外線性能得到了明顯的提高。
　　再次，利用雜化涂劑處理后的芳綸纖維為增強材料，

5、采用單纖維復合材料斷裂試驗(SFFT)和顯微觀測方法對復合材料的界面粘結(jié)強度、破壞形態(tài)及斷面形貌分析，結(jié)果表明，利用設計合成的涂劑改性芳綸后，在不損傷芳綸原有特性的基礎上以其形成的“披薩”結(jié)構(gòu)的膜粒層，明顯地增加了芳綸纖維的表面極性基團、增大了表面粗糙度，有利于其與基體樹脂的機械結(jié)合和潤濕吸附。最終，芳綸纖維增強形狀記憶聚氨酯樹脂基復合材料的界面剪切強度(IFSS)提高70％左右，芳綸纖維與環(huán)氧樹脂的界面剪切強度提高了50％左右。表明利