芳纶纤维的预微纤化及其对复合材料力学性能的影响
发布时间：2022-01-24 04:08
随着人类社会的飞速发展,人们对纤维增强复合材料提出了更高的要求。传统复合材料的抗冲击性能已经接近极限,难以满足特殊领域的需求。为此,亟需引入新的抗冲击模式,进一步提高纤维复合材料中纤维与树脂的性能利用率,从而提高复合材料的抗冲击性能。本文通过对芳纶纤维（Kevlar-49）进行预微纤化处理,确定芳纶纤维经过预微纤化后浸润环氧树脂的最佳制备条件。然后制备芳纶纳米纤维,并使用芳纶纳米纤维对环氧树脂进行增强增韧,探究两者之间固化产物的结构与性能。最后采用层压成型工艺制备芳纶环氧复合材料靶版,进行弹道侵彻试验。对经过预微纤化处理后的靶板进行抗弹性能的表征与抗弹机理的分析。实验表明,采用DMSO溶液对芳纶纤维进行预微纤化处理效果显著,但是会对纤维本体强度造成损伤。当预微纤化处理时长为4 h时,纤维单丝拉伸强度降低37.31%;拔出强度增加45.96%;表面自由能由17.5 m N/m增加到36.1 m N/m;与环氧树脂之间的接触角由68°降低为42.8°;以上数据可以证明预微纤化处理可以有效改善纤维与树脂基体之间的界面性能,提高浸润性。通过对芳纶纳米纤维增强增韧环氧树脂后的固化产物研究可知,环...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
等离子体氛围处理前后芳纶纤维接触角[28]a)处理前b)处理后
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-的接触角为65.9o，经处理后接触角下降到62.2o。因此，可以得出等离子体处理效果明显，具有潜在的工业应用前景。图1-1等离子体氛围处理前后芳纶纤维接触角[28]a)处理前b)处理后蒋向[29]等人采用了等离子体改性方法对芳纶纤维进行了处理，整个实验由H2低温等离子体系所引发，对照试验采用空气体系进行引发，研究结果显示，相较于对照组，采用H2低温等离子进行改性处理后，芳纶纤维的表面能有所增加，以空气作为引发时为46.0mN/m，经过改性后增加至63.2mN/m；与此同时芳纶纤维表面极性显著增强，极性张力从58.0％增至69.9％，同时可知单根纤维的拉伸强度没有明显的变化。2008年，上海大学的彭程程[30]等人在常温常压下使用等离子体来处理芳纶纤维无纺布，无纺布的3D结构如图1-2所示。经过研究可以发现三维织物中的最外层纤维的粗糙程度，化学键能以及吸湿能力均得到了一定程度的改善，观察从外层到内层的纤维可知，最内层纤维的性质几乎保持稳定不发生改变，从内到外等离子体系处理的效果逐渐增强。此外还对该织物复合材料进行了三点弯曲实验，实验结果表明，在经过等离子处理后，芳纶复合材料的抗弯曲强度增加11%，弯曲强度提升12%。图1-2芳纶无纺布3D编织预成型原理图[30]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-因此可以得出结论，氨化和辐射相结合是改善芳纶纤维与环氧树脂基体界面性能的有效途径，通过辐照来对芳纶纤维进行改性也是近些年常见的方法之一。图1-3芳纶纤维表面处理流程图[36](3)超声浸渍法超声波浸渍改性法是指在超声的作用下，体系中的液体会由于震动而产生气泡的破裂，而正是由于破裂时所产生的微小局部作用力可以引起树脂与纤维之间浸润性能的变化。此外，超声作用会使得树脂中的气泡得到脱除，树脂胶液的存在更加均一稳定，在浸润纤维时更加均匀。经过超声波浸渍改性处理后的芳纶纤维表面的极性官能团的数量有所增加，极性基团的数量直接影响到树脂与纤维之间的界面粘接性能，进而使得所制复合材料的力学性能得到有效提升，超声浸渍法的优点在于处理后芳纶纤维本体强度的损失量较校刘丽[37]等人在超声浸渍的作用下研究了纤维表面性能的变化。图1-4是在超声前后纤维微孔直径及其分布图。从图中可以看出经过超声浸渍处理后芳纶纤维的微孔分布更加密集，平均微孔直径有所降低，孔径变得细小而密集。经过后续研究发现：适当频率下的超声作用可以使得纤维表面基团发生活化，从而使得表面极性官能团的含量增加，表面张力中由极性所贡献的分量也有所增加。超声浸渍在引起以上变化之外还会对芳纶纤维表面造成刻蚀作用，使得纤维的微观比表面积
【参考文献】：
期刊论文
[1]芳纶防弹材料阻燃性能的开发[J]. 陈虹,虎龙,吴中伟,艾青松,许冬梅,刘元坤. 高科技纤维与应用. 2019(05)
[2]芳纶/环氧纤维复合材料超高速撞击特性研究[J]. 苗常青,徐铧东,杜明俊,祖振南. 实验力学. 2019(04)
[3]芳纶纤维材料在电气绝缘和电子领域中的应用进展[J]. 陈磊,宋欢,李正胜,刘含茂,杨军. 绝缘材料. 2018(10)
[4]芳纶纤维表面改性及其增强树脂基复合材料制备的研究进展[J]. 张雄斌,贺辛亥,程稼稷. 工程塑料应用. 2018(08)
[5]芳纶纤维表面状态对环氧树脂复合材料力学性能的影响[J]. 潘泽华,高乃奎,李成磊,张剑刚,吴亚民,张健. 绝缘材料. 2018(07)
[6]水溶性上浆剂改性芳纶增强环氧复合材料界面研究[J]. 黄振振,耿志,虢忠仁,朱波. 材料开发与应用. 2018(03)
[7]平纹芳纶织物/环氧树脂复合材料抗冲击性能研究[J]. 刘晓宇,李哲,翟奋楼. 航空制造技术. 2018(07)
[8]纤维增强复合材料防弹装甲抗侵彻性能研究[J]. 高华,熊超,殷军辉. 飞航导弹. 2018(02)
[9]芳纶在应急救援装备中的应用[J]. 邱召明,赵军,林威宏. 高科技纤维与应用. 2017(06)
[10]芳纶纤维表面改性及其对芳纶纸基材料机械性能的影响[J]. 谢璠,胡文静,司联蒙,郝杨,陆赵情. 陕西科技大学学报. 2017(06)
博士论文
[1]γ-射线辐照改性对芳纶纤维及其复合材料性能的影响[D]. 张艳华.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3605817
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
等离子体氛围处理前后芳纶纤维接触角[28]a)处理前b)处理后
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-的接触角为65.9o，经处理后接触角下降到62.2o。因此，可以得出等离子体处理效果明显，具有潜在的工业应用前景。图1-1等离子体氛围处理前后芳纶纤维接触角[28]a)处理前b)处理后蒋向[29]等人采用了等离子体改性方法对芳纶纤维进行了处理，整个实验由H2低温等离子体系所引发，对照试验采用空气体系进行引发，研究结果显示，相较于对照组，采用H2低温等离子进行改性处理后，芳纶纤维的表面能有所增加，以空气作为引发时为46.0mN/m，经过改性后增加至63.2mN/m；与此同时芳纶纤维表面极性显著增强，极性张力从58.0％增至69.9％，同时可知单根纤维的拉伸强度没有明显的变化。2008年，上海大学的彭程程[30]等人在常温常压下使用等离子体来处理芳纶纤维无纺布，无纺布的3D结构如图1-2所示。经过研究可以发现三维织物中的最外层纤维的粗糙程度，化学键能以及吸湿能力均得到了一定程度的改善，观察从外层到内层的纤维可知，最内层纤维的性质几乎保持稳定不发生改变，从内到外等离子体系处理的效果逐渐增强。此外还对该织物复合材料进行了三点弯曲实验，实验结果表明，在经过等离子处理后，芳纶复合材料的抗弯曲强度增加11%，弯曲强度提升12%。图1-2芳纶无纺布3D编织预成型原理图[30]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-因此可以得出结论，氨化和辐射相结合是改善芳纶纤维与环氧树脂基体界面性能的有效途径，通过辐照来对芳纶纤维进行改性也是近些年常见的方法之一。图1-3芳纶纤维表面处理流程图[36](3)超声浸渍法超声波浸渍改性法是指在超声的作用下，体系中的液体会由于震动而产生气泡的破裂，而正是由于破裂时所产生的微小局部作用力可以引起树脂与纤维之间浸润性能的变化。此外，超声作用会使得树脂中的气泡得到脱除，树脂胶液的存在更加均一稳定，在浸润纤维时更加均匀。经过超声波浸渍改性处理后的芳纶纤维表面的极性官能团的数量有所增加，极性基团的数量直接影响到树脂与纤维之间的界面粘接性能，进而使得所制复合材料的力学性能得到有效提升，超声浸渍法的优点在于处理后芳纶纤维本体强度的损失量较校刘丽[37]等人在超声浸渍的作用下研究了纤维表面性能的变化。图1-4是在超声前后纤维微孔直径及其分布图。从图中可以看出经过超声浸渍处理后芳纶纤维的微孔分布更加密集，平均微孔直径有所降低，孔径变得细小而密集。经过后续研究发现：适当频率下的超声作用可以使得纤维表面基团发生活化，从而使得表面极性官能团的含量增加，表面张力中由极性所贡献的分量也有所增加。超声浸渍在引起以上变化之外还会对芳纶纤维表面造成刻蚀作用，使得纤维的微观比表面积
【参考文献】：
期刊论文
[1]芳纶防弹材料阻燃性能的开发[J]. 陈虹,虎龙,吴中伟,艾青松,许冬梅,刘元坤. 高科技纤维与应用. 2019(05)
[2]芳纶/环氧纤维复合材料超高速撞击特性研究[J]. 苗常青,徐铧东,杜明俊,祖振南. 实验力学. 2019(04)
[3]芳纶纤维材料在电气绝缘和电子领域中的应用进展[J]. 陈磊,宋欢,李正胜,刘含茂,杨军. 绝缘材料. 2018(10)
[4]芳纶纤维表面改性及其增强树脂基复合材料制备的研究进展[J]. 张雄斌,贺辛亥,程稼稷. 工程塑料应用. 2018(08)
[5]芳纶纤维表面状态对环氧树脂复合材料力学性能的影响[J]. 潘泽华,高乃奎,李成磊,张剑刚,吴亚民,张健. 绝缘材料. 2018(07)
[6]水溶性上浆剂改性芳纶增强环氧复合材料界面研究[J]. 黄振振,耿志,虢忠仁,朱波. 材料开发与应用. 2018(03)
[7]平纹芳纶织物/环氧树脂复合材料抗冲击性能研究[J]. 刘晓宇,李哲,翟奋楼. 航空制造技术. 2018(07)
[8]纤维增强复合材料防弹装甲抗侵彻性能研究[J]. 高华,熊超,殷军辉. 飞航导弹. 2018(02)
[9]芳纶在应急救援装备中的应用[J]. 邱召明,赵军,林威宏. 高科技纤维与应用. 2017(06)
[10]芳纶纤维表面改性及其对芳纶纸基材料机械性能的影响[J]. 谢璠,胡文静,司联蒙,郝杨,陆赵情. 陕西科技大学学报. 2017(06)
博士论文
[1]γ-射线辐照改性对芳纶纤维及其复合材料性能的影响[D]. 张艳华.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3605817
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