芳綸纖維緯平針織物增強聚酰胺復合材料簡述

1、 . . PAGE- 11 - / NUMPAGES12芳綸纖維緯平針織物增強聚酰胺復合材料簡述 日期：芳綸纖維緯平針織物增強聚酰胺復合材料的制備和機械性能O.A. Khondker*, T. Fukui, M. Inoda, A. Nakai, H. Hamada摘要：纖維/基體界面的結合形態(tài)對復合材料的整個機械性能有著十分重要的影響。為了生產(chǎn)出具有更高粘著性能的由完全可循環(huán)利用纖維增強的復合材料，聚乙烯和聚乙烯材料被預先用作單一高分子的復合材料原料。在本文，另一種單一高分子復合材料原料被定義為“整體”復合材料。選用聚酰胺材料與芳綸纖維結合以便獲得更好的界面粘結。緯編技術在芳綸纖維尼龍復合材

2、料生產(chǎn)中被用作增強體。芳綸纖維環(huán)氧樹脂針織復合材料也被制備以便和芳綸纖維尼龍熱塑性復合材料進行比較。芳綸纖維尼龍復合材料和芳綸纖維環(huán)氧樹脂復合材料的機械性能以與它們和纖維基體界面粘著性的關系與相互影響已經(jīng)被研究。隨著處理時間的增加，芳綸纖維尼龍復合材料的拉伸模量和強度分別增加和減少。另外，掃描電子顯微鏡觀察清晰地表明，形成時間越長，纖維和基體之間的粘著性越強。雖然與芳綸纖維環(huán)氧樹脂復合材料相比芳綸纖維尼龍針織復合材料在縱行方向強度較低，但是它們在橫列方向上的強度性能有可比性。在芳綸纖維尼龍復合材料中，隨著處理時間的加長，拉伸模量呈現(xiàn)上升趨勢時，而拉伸強度卻明顯下降。這表明，可在一個合適的形成條

3、件獲得最佳拉伸性能。芳綸纖維尼龍針織復合材料相對芳綸纖維環(huán)氧樹脂復合材料界面粘結性更好，后者纖維基體松解。關鍵詞：A.芳綸纖維；B.纖維/基體;E.針織；整體復合材料引言在酸性條件、高溫暴曬等惡劣環(huán)境侵蝕下熱固性復合材料表現(xiàn)出比熱塑性材料壽命更長，穩(wěn)定性更強的特性。為了研究這些材料的持久性，首先要研究獲得詳細的實驗數(shù)據(jù)?？萍歼M步帶來了一些挑戰(zhàn)，保護環(huán)境便是其中之一。制造復合材料時，熱固性基體遭有一些環(huán)保爭論，因為他它們不能重復利用或循環(huán)使用。不可循環(huán)利用材料能對環(huán)境產(chǎn)生多種影響。近幾年來，越來越多的使用熱塑性基體來制造纖維增強復合材料，高極限應變、形成時間短、可循環(huán)利用和可重新熔化成形是其中一

4、些因素。無機纖維和有機基體結合能產(chǎn)生高性能復合材料，如CFRP(碳纖維增強塑料)、GFRP(玻璃纖維增強復合材料)。然而，非同類材料由于性能完全不同基本上難以粘著。無機增強體如玻璃纖維和碳纖維的使用，使得熱塑性復合材料難以循環(huán)利用。最近幾年，一些研究者準備用同種材料組成的增強體和基體來制備幾種新的復合材料。Maron和他的團隊被認為是最早把和芳綸纖維錦綸作為“整體”復合料進行廣泛研究的人。為了避免由于纖維/基體粘合性差造成物質惡化，也為了獲得更好的界面性、熱性 機械性、經(jīng)濟性和生態(tài)環(huán)保性，人們提出了無界面復合材料的概念。不同增強體和基體構成的同種材料的復合材料顯示出更高的界面強度。這些材料可被

5、定義為整體復合材料，它們由于纖維基體界面的粘著性強而幾乎沒有粘著性能的化學分離現(xiàn)象。最近研究者把聚乙烯和聚丙烯材料作為單一高分子復合材料研究，報告指出這些材料的界面粘著性能獲了提高。聚酰胺材料也被選來與芳綸纖維結合使得整體復合材料種類增加。單一PE/PE復合材料的形成條件和拉伸性能，以與它們和界面性能的關系被人研究。聚乙烯纖維緯平針織物用來生產(chǎn)PE/PE復合材料薄而勻稱加工條件，它對機械性能的影響也被研究。有一個合適的形成條件可使得生產(chǎn)的復合材料具有更好的拉伸和彎曲性能。PP/PP復合材料界面也被研究，纖維基體界面的穿晶結構形態(tài)增強了PP/PP復合材料的機械性能。正是纖維基體界面高度一的穿晶粒

6、存在，聚丙烯短纖維增強的聚丙烯復合材料界面結合明顯更加有效。用于編織的聚丙烯膠帶和纖維的機械性能和形態(tài)以與它們對熱壓縮的影響已經(jīng)被研究。形態(tài)研究表明聚乙烯和聚丙烯單一高分子復合材料是可以制備的，這些復合材料符合完全可循環(huán)利用工程復合材料的要求。微型復合材料芳綸纖維/錦綸66 界面的穿晶結構已經(jīng)被用動態(tài)的機械熱分析研究，增強體和橫晶粒形態(tài)松弛所需要的催化能量也更多。橫晶粒對芳綸纖維和碳纖維增強的錦綸66復合材料性能的影響歸結于它更好的彈性機械性能。研究也表明單一芳綸纖維錦綸66復合材料在縱向性能的提高反而取決于橫晶粒層的厚度。電介質光譜學被用來研究橫晶粒對芳綸纖維錦綸66微型復合材料分子動態(tài)的影

7、響。電介質光譜學對PE/PE復合材料復雜松解的分析證實被處理纖維可以極生產(chǎn)有序橫晶粒。由于聚合物材料和性能的多樣化橫晶粒的影響還沒有結論。只有更詳細地研究橫晶粒界面的具體影響才能下一般性的結論。在過去的幾十年傳統(tǒng)紡織制造技術如機織、編帶、針織較多地采用來生產(chǎn)網(wǎng)狀或接近網(wǎng)狀預制件。先進紡織增強材料具有紡織結構的三維特性，任何一點纖維都可以在一個平面。紡織復合材料創(chuàng)造了大量的生產(chǎn)機會，其技術應用在航空、國工程結構以與造船業(yè)、型運輸工業(yè)，因為它們能生產(chǎn)可靠又價廉的高質量更耐沖擊和不易分離的復合材料結構和配件。編帶材料可以讓復雜形狀形成褶裥而不起皺，然而傳統(tǒng)衣服和膠布材料要經(jīng)過裁剪才能形成工字型、T型

8、、圓形和方通、非常規(guī)截面的全硬面板和環(huán)形。接近網(wǎng)狀的針織預制件和它們的良好成形性能夠減少材料浪費和生產(chǎn)時間，使得制造成本降低。針織在一些應用中呈現(xiàn)出很好的特性，如那些要求能量吸收強、良好抗沖擊性，以與結構復雜和要求預成形能力。在本文，采用緯編技術來生產(chǎn)芳綸纖維材料的緯平針紡織品。對一些能用來生產(chǎn)具有多種纖維適應性的結構預制件和等厚纖維增強體的纖維來說，針織是一種快速、持續(xù)和十分通用的成形方法。通過結合薄膜層和壓縮成形技術，錦綸6薄膜可用來制備芳綸纖維尼龍針織復合材料。由不同形狀同種材料（相似酰胺結合）組成的芳綸纖維復合材料如纖維基體材料具有較高粘著性能。芳綸纖維環(huán)氧樹脂復合材料同樣被生產(chǎn)，以便

9、用來和芳綸纖維尼龍復合材料比較機械性能與其它們和纖維基體界面粘著性的關系。2.實驗研究2.1.原料在這一研究中，芳綸纖維（東麗 杜邦，凱芙拉29,1500丹尼爾）和尼龍薄膜（東麗 杜邦）分別被用作增強體和基體。而緯平針織物是由（日本）京都技術協(xié)會用芳綸纖維制造的。芳綸纖維尼龍針織復合材料是結合薄膜分層技術和熱壓縮形成技術制造。通常都把芳綸纖維置于高溫環(huán)境中隨時間變化來觀察其性能 。用同軸纖維束拉伸試驗來研究境溫度對芳綸纖維彈性模量和最高彈性強度的影響。纖維束在兩個290的金屬盤之間分別加熱5分鐘、10分鐘、20分鐘、40分鐘，時間再長無法測試。圖1a,b顯示芳綸纖維束彈性模量和最高強度歲熱暴露

10、時間變化的影響。芳綸纖維束的彈性模量隨熱暴露時間變化幾乎保持不變?？墒牵瑥椥詮姸入S熱暴露時間增加較大程度的降低。當加熱到40分鐘時，原來的芳綸纖維彈性強度幾乎降低了32。這被認為是分子鏈形態(tài)可能在高溫下已經(jīng)改變。圖2.a是一典型緯平針結構的圖像。緯平針結構的線圈一個單元體有多種結構類型，主要包括四個部分：針編弧、纖維結合處、圈柱、樹脂聚集處，如圖2.b所示。2.2 芳綸纖維尼龍和芳綸纖維環(huán)氧樹脂針織復合材料的制備和測試方法以每分鐘加熱10的速度對不同的尼龍薄膜進行掃描量熱追蹤得到其熔點為217。因此，用稍高于尼龍薄膜熔點的240的溫度來形成復合材料。在這一形成溫度，尼龍薄膜完全熔化并且成為容易

11、完全濕透增強芳綸纖維的增強復合材料基體。獲得更好浸漬一個重要的加工參數(shù)是形成時間。在一個更短的形成時間里，基體樹脂似乎不能完全浸透纖維束。但是，時間長點基體滲入纖維束的能力明顯提高。用薄膜層的方法，把兩個金屬盤預熱到100，把一層芳綸纖維針織物和尼龍薄膜放到兩個熱金屬盤之間。把金屬盤溫度加到240，是采用等溫升溫至指定的240的形成溫度。為了獲得更高透明度，應緩慢自然的冷卻。最終復合材料得線圈密度（縱密和橫密）測得分別為4橫列/CM和的線圈數(shù)和5縱向/CM。芳綸纖維尼龍針織復合材料纖維體積分數(shù)接近24。是采用纖維的面積重量來計算針織復合材料的體積分數(shù)的。如圖12所示，典型的掃描電子顯微鏡圖片比

12、較了芳綸纖維尼龍和芳綸纖維復合材料兩者的纖維基體界面的粘著性能。證實了芳綸纖維環(huán)氧樹脂復合材料纖維基體界面分裂，而芳綸纖維尼龍復合材料則沒有這種現(xiàn)象。這些結果表明，芳綸纖維尼龍復合材料相對芳綸纖維環(huán)氧樹脂復合材料具有更好的界面粘著性能。結束語在這一研究中，芳綸纖維尼龍針織復合材料作為“整體”復合材料，是在不同的形成時間中制備的。芳綸纖維環(huán)氧樹脂針織復合材料也在同樣條件下制備以和它進行比較。也對兩者的機械性能進行的研究。增強芳綸纖維的拉伸強度隨著熱曝露時間的增加而較大的下降，然而，熱暴露時間對芳綸纖維的拉伸模量幾乎沒影響。芳綸纖維尼龍針織復合材料拉伸模量和強度隨著熱暴露時間的增加分別增加和降低。

13、結果表明，可在一個合適的形成條件下獲得最佳拉伸性能。掃描電子顯微鏡觀察清晰表明，形成時間越長，纖維和集體的粘結越強。 雖然與芳綸纖維環(huán)氧樹脂復合材料相比芳綸纖維尼龍針織復合材料在縱行方向強度較低，但是它們在橫列方向上的強度性能有可比性。與芳綸纖維環(huán)氧樹脂復合材料相比，芳綸纖維尼龍針織復合材料機械性能的各向異性較小，后者也呈現(xiàn)出相對較好的界面粘結性能。參考文獻： 1 Fukui T, Tsujii T, Nakai A, Hamada H. Fabrication and mechanicalproperties of unidirectional PE/PE composites. J Soc

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