設(shè)計(jì)制備雜化涂劑改善芳綸纖維及其復(fù)合材料的界面性能.pdf

1、芳綸纖維具備卓越的拉伸強(qiáng)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(qiáng)樹脂基復(fù)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(yīng)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(tuán)，容易吸收紫外線而引起分子鍵的斷裂，使其力學(xué)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(xué)惰性等特點(diǎn)，使其很難與樹脂基體產(chǎn)生良好界面結(jié)合，導(dǎo)致其復(fù)合材料的力學(xué)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(qiáng)復(fù)合材料的界面性能，論文結(jié)合芳綸纖維的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合成了適合芳綸纖維的雜化涂劑，并利用設(shè)計(jì)合成的涂劑對(duì)芳綸纖維表面進(jìn)行改性，研究改性對(duì)芳綸纖維性能特別是抗紫外性能的影響。在此基礎(chǔ)上，以表面改性后的芳綸為增強(qiáng)材料制備復(fù)合材料，研究雜化涂劑處理對(duì)芳綸纖維復(fù)合材料界面的改善作用。
　　首先，根據(jù)芳綸纖維的特點(diǎn)及對(duì)機(jī)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(shè)計(jì)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(duì)其結(jié)構(gòu)形態(tài)進(jìn)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(jī)粒子相與有機(jī)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(dá)6個(gè)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(duì)芳綸纖維表面進(jìn)行常規(guī)預(yù)處理，再利用設(shè)計(jì)合成的雜化涂劑對(duì)預(yù)處理的芳綸纖維進(jìn)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(xué)結(jié)構(gòu)、物理形貌以及力學(xué)、熱學(xué)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(qiáng)材料，

5、采用單纖維復(fù)合材料斷裂試驗(yàn)(SFFT)和顯微觀測方法對(duì)復(fù)合材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度、破壞形態(tài)及斷面形貌分析，結(jié)果表明，利用設(shè)計(jì)合成的涂劑改性芳綸后，在不損傷芳綸原有特性的基礎(chǔ)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(tuán)、增大了表面粗糙度，有利于其與基體樹脂的機(jī)械結(jié)合和潤濕吸附。最終，芳綸纖維增強(qiáng)形狀記憶聚氨酯樹脂基復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度(IFSS)提高70％左右，芳綸纖維與環(huán)氧樹脂的界面剪切強(qiáng)度提高了50％左右。表明利