纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

1在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用自出版以來(lái)，該纖維以其獨(dú)特的物理性能而聞名。這也是合成纖維中發(fā)展速度最快、產(chǎn)量最高的品種。傳統(tǒng)的滌綸纖維主要應(yīng)用于服裝家具等領(lǐng)域,而隨著對(duì)其性能的不斷研究與應(yīng)用,其也在向高強(qiáng)度高模量以及尺寸穩(wěn)定性等領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用和拓展,并且近些年,其在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用也受到了廣泛的關(guān)注。滌綸纖維又可以稱作是聚酯纖維,其主要是通過(guò)精對(duì)苯二甲酸或者對(duì)苯二甲酸二甲酯與乙二醇通過(guò)酯交換和縮聚反應(yīng)所獲得的成纖高聚物。高聚物通過(guò)紡絲以及相應(yīng)的后處理獲得纖維。由于滌綸的分子結(jié)構(gòu)較為特殊,其中包含了苯環(huán)以及脂肪烴基,前者具有較強(qiáng)的剛性,而脂肪烴基具有較強(qiáng)的柔性。同時(shí)在分子結(jié)構(gòu)中,苯環(huán)與酯基直接相連,并且構(gòu)成了具有剛性的共軛體系,因此整個(gè)共聚物鏈無(wú)法自由旋轉(zhuǎn),這也就使得滌綸纖維具有非常顯著的特點(diǎn):其具有較高的熔點(diǎn)較強(qiáng)的剛性,同時(shí)其強(qiáng)度高于同類別的纖維聚合物,因此也被廣泛的應(yīng)用于很多領(lǐng)域。滌綸分子兩端主要以羥基封端,并且整個(gè)分子鏈中都不包含有其它的極性基團(tuán),這也使得滌綸纖維具有更高的潔凈度。其表面惰性強(qiáng),因此無(wú)法與樹(shù)脂基體形成良好的界面層,并且由于其表面能較低也無(wú)法與其他復(fù)核材料進(jìn)行侵潤(rùn)結(jié)合,這也限制了在復(fù)合材料領(lǐng)域中滌綸纖維的應(yīng)用。2等離子體處理滌綸纖維對(duì)滌綸纖維進(jìn)行改性,堿處理是最早使用的方法。由于滌綸分子結(jié)構(gòu)比較特別,其中具備苯環(huán)和兩個(gè)亞甲基,因此從化學(xué)的角度來(lái)說(shuō)該結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定,而使用堿處理主要是實(shí)現(xiàn)了滌綸分子官能團(tuán)酯基水解,使其在堿性的條件下會(huì)發(fā)生水解進(jìn)而斷裂。水解反應(yīng)主要發(fā)生在無(wú)定形區(qū),并且水解作用之后滌綸纖維表面分子脫落,會(huì)呈現(xiàn)出很多隨機(jī)分布的凹坑,這樣會(huì)使得纖維的比表面積更大。通過(guò)堿處理對(duì)其進(jìn)行改性滌綸纖維的很多性能都會(huì)發(fā)生了變化。在堿處理過(guò)程中引入其他物質(zhì)可以增強(qiáng)纖維與織物的回潮率、透濕性以及柔軟性等。堿處理工藝的不同,對(duì)于滌綸纖維結(jié)構(gòu)和性能都會(huì)產(chǎn)生較大的影響,其主要集中在滌綸織物的吸濕性染色性等方面。等離子處理法也是對(duì)滌綸纖維進(jìn)行改性的方法。等離子體是在特定的條件下使氣體中的部分電離而產(chǎn)生相應(yīng)的非凝聚體系,在等離子體中主要包含中性的原子或者分子以及電離之后達(dá)到激發(fā)態(tài)的原子或分子。其中也會(huì)含有正負(fù)離子以及輻射光子,整個(gè)體系呈中性,因?yàn)檎?fù)電荷數(shù)量相等,其包含了固體、液體、氣體三種狀態(tài)的物質(zhì)。通過(guò)等離子體對(duì)其進(jìn)行處理具有更低的成本,同時(shí)對(duì)于環(huán)境破壞也更小,有著較為顯著的特點(diǎn)。通過(guò)極其非均衡氧等離子體對(duì)滌綸表面性能進(jìn)行改性,會(huì)發(fā)現(xiàn)滌綸表面的親水性能增加,因?yàn)榻?jīng)過(guò)處理之后,滌綸表面會(huì)充滿更多含氧的官能團(tuán),這樣會(huì)增加整個(gè)表面與水接觸的幾率,通過(guò)低溫等離子體對(duì)滌綸的染色性能進(jìn)行改進(jìn),同時(shí)借助氧氣等離子體可以在滌綸纖維表面接枝丙烯酸,并且通過(guò)相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng),使纖維表面能夠與血液相融合,這在生物領(lǐng)域也能夠?qū)崿F(xiàn)廣泛的應(yīng)用。表面接枝進(jìn)行改性也是滌綸纖維改性的常見(jiàn)策略,由于滌綸纖維分子本身的官能團(tuán)已經(jīng)固定,因此想要纖維具備某些方面的性質(zhì)就可以在其表面上進(jìn)行接枝,將含有某些特征的官能團(tuán)接入到表面實(shí)現(xiàn)目標(biāo),通過(guò)化學(xué)方法在大分子中引入可以接枝聚合的活性點(diǎn),并且再引發(fā)單體聚合。常見(jiàn)的表面接枝方法主要分為化學(xué)接枝、射線輻照以及紫外光接枝?；瘜W(xué)接枝則是通過(guò)傳統(tǒng)的化學(xué)方法,在纖維表面通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合新的分子鏈,這樣就會(huì)使得整個(gè)纖維具備新的性能。射線輻射接枝也可以高效實(shí)現(xiàn)分子表面改性。在滌綸纖維表面接枝丙烯酸乙烯基酮二元共混物,可以使得滌綸纖維表面的粗糙度增加,在表面接枝醋酸乙烯酯,然后水解成聚乙烯醇,可以改善整個(gè)纖維的親水性,并且也會(huì)使得纖維具有一定的護(hù)膚性能。紫外光接枝則是借助紫外光的能量來(lái)引發(fā)單體在纖維表面進(jìn)行聚合,整個(gè)反應(yīng)遵循的是自由基聚合機(jī)理,通過(guò)該方法可以增強(qiáng)滌綸表面的濕潤(rùn)性和粘著性。3織物表面接觸角對(duì)滌綸纖維進(jìn)行表面改性處理,其目的也是為了增強(qiáng)其性能,并且加強(qiáng)其與樹(shù)脂基體以及纖維之間的界面層作用力。在改進(jìn)過(guò)后,纖維表面化學(xué)物理形態(tài)以及侵潤(rùn)性都會(huì)發(fā)生一定的變化,而只有從化學(xué)的層面對(duì)其官能團(tuán)表面形態(tài)、接觸角、質(zhì)量變化率等進(jìn)行分析,才能夠從微觀放大到其改性之后的用途。對(duì)于滌綸纖維表面性能來(lái)說(shuō),接觸角是一個(gè)重要的數(shù)據(jù),所謂的接觸角就是固體、液體、氣體三相分子相互作用的直接體現(xiàn),也是當(dāng)前較為容易觀察的一種界面現(xiàn)象。測(cè)試滌綸纖維與去離子水之間的固、液接觸角,就可以反映出去離子水與滌綸纖維的表面清潤(rùn)性能。表面接觸角和表面張力有很大的關(guān)系,而沒(méi)有處理過(guò)的滌綸纖維表面性能較差,因?yàn)槠渚哂休^少的極性基團(tuán),因此展現(xiàn)出較為光滑的狀態(tài),無(wú)法與水相互侵潤(rùn),但如果想要對(duì)滌綸纖維進(jìn)行改進(jìn),就應(yīng)當(dāng)增加其表面的極性基團(tuán),以此來(lái)增加其表面張力。在使用氫氧化鈉溶液對(duì)滌綸纖維進(jìn)行表面處理之后,其表面接觸角有所下降,也說(shuō)明堿處理的過(guò)程會(huì)稍微改善纖維表面的濕潤(rùn)性,但是改善效果不大。在堿處理過(guò)程中溫度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及處理時(shí)間都會(huì)產(chǎn)生不同的影響。經(jīng)過(guò)硅烷偶聯(lián)劑對(duì)滌綸纖維進(jìn)行表面處理,可以使其接觸角降低,并且纖維的表面接枝率也會(huì)影響到其接觸角的變化。通過(guò)表面改性,會(huì)增強(qiáng)滌綸纖維單絲強(qiáng)度。通過(guò)堿處理后,滌綸纖維表面的干濕強(qiáng)度會(huì)增強(qiáng),但是隨著纖維的持續(xù)水解,其強(qiáng)度也會(huì)出現(xiàn)下降現(xiàn)象,因?yàn)閴A處理會(huì)破壞整個(gè)滌綸纖維的內(nèi)部結(jié)晶度。通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑與滌綸纖維進(jìn)行偶聯(lián),并且采用等離子體對(duì)其進(jìn)行處理,也會(huì)使得滌綸纖維表面強(qiáng)度有所增加,纖維手感變硬,這也是纖維表面產(chǎn)生應(yīng)力集中的體現(xiàn)。4表面改性研