PBO纖維增強復(fù)合材料的制備及其性能的研究.pdf

1、高強高模PBO纖維作為先進復(fù)合材料的增強體，具有廣闊的應(yīng)用前景?？疾?PBO纖維增強復(fù)合材料的性能對其應(yīng)用有指導(dǎo)意義。同時又由于 PBO纖維表面光滑，且大分子鏈上無極性官能團，致使其與樹脂基體之間的界面粘結(jié)性能差。因此，如何提高 PBO纖維與樹脂之間的界面粘結(jié)性能成為PBO纖維研究的方向之一。
　　本論文采用不同的成型技術(shù)制備 PBO纖維與環(huán)氧樹脂單向復(fù)合材料和織物復(fù)合材料，考察了纖維增強復(fù)合材料的拉伸強度、模量與其成型技術(shù)、纖維

2、含量的關(guān)系；同時采用表面涂層法來研究 PBO纖維與樹脂的粘結(jié)性能。主要工作如下：
　　首先，確定了環(huán)氧樹脂618/固化劑593體系的固化工藝參數(shù)，半固化階段：50℃/150min；模壓階段：預(yù)熱80℃/5min，80℃/0.3MPa/5min，80℃/2.5MPa/6min。采用長絲纏繞成型工藝和模壓成型技術(shù)制備PBO纖維/環(huán)氧樹脂單向復(fù)合材料，選用合適的墊片與試樣形狀進行拉伸試驗。結(jié)果表明：單向復(fù)合材料拉伸強度和模量隨著PBO纖

3、維含量增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，當(dāng)纖維含量達56％左右時，材料的拉伸強度和模量達最大，分別為1.44GPa、41.7GPa。通過SEM分析，纖維與樹脂在界面脫粘，纖維與環(huán)氧的界面粘結(jié)性差，破壞形式屬于界面破壞，沒有發(fā)揮出纖維的最高強度。
　　其次，為了進一步改善 PBO纖維與樹脂的界面性能，使用聚芳酰胺和固化劑二亞乙基三胺分別對纖維表面進行處理，通過考察纖維表面化學(xué)結(jié)構(gòu)、表面形貌及纖維與樹脂之間界面剪切強度（IFSS），來研究兩

4、種涂層劑對 PBO纖維表面性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)：固化劑對PBO纖維的改性效果更顯著，與未處理PBO纖維相比，經(jīng)聚芳酰胺處理的纖維與樹脂 IFSS增加了70%，而經(jīng)過固化劑處理的 IFSS增加95%；破壞模式也由純粹的界面破壞變成基體與纖維本體的破壞。另外，經(jīng)固化劑處理纖維，通過長絲纏繞制備纖維單向復(fù)合材料，其力學(xué)性能有著顯著提高。通過 SEM，進一步證實了破壞模式為基體與纖維本體的共同破壞。
　　最后，將纖維織成織物，通過不同的成

5、型技術(shù)分別制備PBO/PA復(fù)合材料和 PBO/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，考察了織物層數(shù)對纖維含量的影響，并對材料的徑向拉伸強度、模量及其表面形貌進行了初步研究。實驗發(fā)現(xiàn)：PA膜片數(shù)一定時，減少織物層數(shù)，纖維含量降低且降低趨勢減緩；當(dāng)纖維含量為61%左右時，PBO/PA復(fù)合材料的拉伸強度與模量達最大值分別為876.4MPa、44.0GPa；在一定厚度范圍內(nèi)（<1.5mm），增加織物層數(shù)可使得PBO/環(huán)氧樹脂復(fù)合板中PBO纖維含量增加，同時也使得復(fù)