芳綸纖維復(fù)合材料

綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料系先進復(fù)合材料成型工藝芳綸纖維增強的先進復(fù)合材料制品目錄1芳綸纖維增強的先進復(fù)合材料的應(yīng)用 11.1概況 11.2芳綸品種及性能 11.3芳綸纖維產(chǎn)品形態(tài)及復(fù)合材料的成型辦法 31.4芳綸纖維復(fù)合材料的應(yīng)用 32原材料 52.1聚氨酯樹脂 52.2芳綸纖維 73制作工藝 83.1成形辦法的選擇 83.2芳綸1313 104修補及性能檢測 104.1缺點 104.2芳綸表面改性 105參考文獻 13先進復(fù)合材料成型工藝芳綸纖維增強的先進復(fù)合材料制品1芳綸纖維增強的先進復(fù)合材料的應(yīng)用1.1概況現(xiàn)在,先進復(fù)合材料的增強材料重要是S高強玻璃纖維非碳纖維和芳綸纖維。前兩者介紹文章較多,本文重要針對芳綸復(fù)合材料及應(yīng)用狀況作概括介紹。芳綸纖維是芳香族聚酰胺類纖維的通稱。它是一種強度高、模量高、低密度、耐折、耐磨性好的人工合成的有機纖維。據(jù)理解,現(xiàn)在美國、荷蘭、日本、德國、法國和俄羅斯等國都在開發(fā)芳綸纖維。我國也進行了這方面研制并獲得了一定成績。美國杜邦公司開發(fā)的芳紛纖維,商品名“凱芙拉”(Kvelar)有多個規(guī)格出售,年產(chǎn)量已達2t。荷蘭阿克蘇(AKZO)公司研制的芳綸纖維,商品名“特瓦綸”(Twaron),年產(chǎn)量在5000t以上。日本帝人公司開發(fā)的共聚芳綸纖維,商品名“太庫諾拉”,年產(chǎn)量為500t以上。德國赫斯特公司(HOECHST)生產(chǎn)芳綸纖維年產(chǎn)量為150t。我國1981年研制成功芳綸I,1985年研制成功芳綸Ⅱ,1994年北京燕山石化公司研究院研制成功溶致液晶全芳香族聚酰胺(PPTA),通過專家鑒定,為此后中石、工業(yè)化生產(chǎn)開辟了途徑。在世界范疇內(nèi),芳綸纖維正以年增加率20%左右的速度發(fā)展,并從單一軍用向民用轉(zhuǎn)移。芳綸纖維用于汽車及防護用品方面占68%,用于造船業(yè)達21%,其它為航空、航天及軍用。1.2芳綸品種及性能芳綸纖維,因選擇原料的不同及合成工藝不同,又可分為間位芳香族聚酰胺纖維,商品名為“歐梅克斯”(Nomex)對位芳香族聚酰胺纖維,商品名“凱芙拉”（Kevlar)和芳香族聚酰胺共聚纖維,商品名“太庫諾拉”等。表1將含有代表性的“凱芙拉”纖維和我國研制的芳綸I、芳綸Ⅱ重要性能列出,同時與S高強玻璃纖維及碳纖維進行比較。從表1中能夠發(fā)現(xiàn)芳綸纖維密度最小,拉伸強度與S2玻璃纖維和碳纖維靠近,拉伸模量居中。另外,芳綸纖維的熱穩(wěn)定性好,可在180℃下長久使用,短期可耐300℃,對強度無大的影響。在-170℃下也不會變脆,仍保持其性能。芳綸纖維的力學(xué)性能在有機纖維中是非常突出的，與無機纖維比也不遜色，芳綸纖維除強酸、強堿外,幾乎不受有機溶劑、油類影響。但芳綸纖維對紫外線敏感,若長久暴露在陽光下，其強度會有很大的損失，因此,在使用中應(yīng)加保護層。表1芳綸纖維重要品種與S高強玻纖、碳纖維性能比較纖維名稱密度（g/cm3）拉伸強度（MPa）拉伸模量（MPa）延伸率（%）Nomex1.3864711705222Kevlar1.442940717363.6Kevlar-291.442940717363.6Kevlar-491.4528421087802.4Kevlar-1191.443038545864.4Kevlar-1291.443332965303.3Kevlar-1491.4723521440601.5Kevlar-1001.442744603683.9芳綸Ⅰ1.4652744882001.8芳綸Ⅱ1.4425481470002.0S2高強玻纖2.54294081340-碳纖維T3001.7527442254001.2表2芳綸纖維、碳纖維、E玻纖樹脂浸漬紗帶性能測試項目密度（g/cm3）拉伸強度（MPa）拉伸模量（MPa）延伸率（%）Kevlar-291.443616823204.4Kevlar-491.4536161244602.9碳纖維T3001.7530972205001.25E玻纖2.502411686001.5表3芳綸纖維、碳纖維、E玻纖單向纖維板性能測試項目Kevlar-49碳纖維T300E玻纖密度（g/cm3）1.381.522.07拉伸強度0。（MPa）90。（MPa）138227.4123534.3109841.2壓縮強度0。（MPa）90。（MPa）2741371098137588137層間剪切強度（MPa）68.698.078.4備注：單向纖維板樹脂為環(huán)氧Vf=60%，0。為纖維方向芳綸纖維作為復(fù)合材料的增強材料性能優(yōu)良。表2列出芳綸纖維、碳纖維和E玻璃纖維的樹脂浸漬紗帶性能,表3列出單向纖維板性能。國內(nèi)已有對芳綸增強丁腈橡膠、環(huán)氧樹脂的研究報道。如有研究做出的芳綸/環(huán)氧復(fù)合材料與常規(guī)材料力學(xué)性能的比較[1-2]。表4芳綸/環(huán)氧復(fù)合材料與常規(guī)材料力學(xué)性能的比較材料密度（g/cm3）拉伸強度（GPa）比強度（1x107mm）拉伸模量（GPa）比模量（1x109mm）芳綸/環(huán)氧22010.5鋼2102.7鋁合金772.8鈦合金4.51.02.21102.4尼龍30.021.3芳綸纖維產(chǎn)品形態(tài)及復(fù)合材料的成型辦法芳綸纖維和玻璃纖維同樣,產(chǎn)品形態(tài)有有捻紗、無捻粗紗,多個規(guī)格布、帶、氈及短切原絲等。常與芳綸纖維匹配的樹脂有環(huán)氧、酚醛、不飽和聚脂、乙烯基脂、聚酰亞胺等,近年來還與尼龍、PBT等復(fù)合使用。成型辦法也和玻璃鋼等成型辦法同樣,有纏繞法、手糊法、預(yù)浸漬法、真空袋法、加壓法以及注射法等,可根據(jù)需要選擇。1.4芳綸纖維復(fù)合材料的應(yīng)用1.4.1在航空、航天、軍需方面的應(yīng)用芳綸纖維可制作大型飛機的二次構(gòu)造材料,如機艙門、窗、整流罩體表面、機翼有關(guān)部件。也可制機內(nèi)天花板、隔板、艙壁、行李架、座椅等。采用芳綸纖維復(fù)合材料能夠減輕飛機自重30%左右。如L一1011三星式客機總的芳綸纖維復(fù)合材料用量達1135kg,使機重減輕365kg;波音757、767使用芳綸纖維復(fù)合材料,減輕機重454kg；DHC-7短程飛機減輕機重91kg。S-76商用直升機的外蒙皮使用芳綸復(fù)合材料已達50%；噴氣式教練機T-4也采用芳綸纖維復(fù)合材料。芳綸纖維復(fù)合材料可制造火箭發(fā)動機殼體、壓力容器、宇宙飛船駕駛艙等。芳綸纖維復(fù)合材料還可制造坦克、裝甲車、飛機、潛艇的防彈板和頭盔及防彈衣等。1.4.2在造船方面的應(yīng)用芳綸纖維復(fù)合材料可制造快艇、帆船、賽艇、漁船、獨木舟等。采用芳綸纖維復(fù)合材料造船,船自重比玻璃鋼和鋁都好,船體可減輕3O%左右,節(jié)省燃料30%以上,可對應(yīng)增加航程。由于芳綸纖維復(fù)合材料含有吸取振動及承受持續(xù)沖擊的能力,船航行穩(wěn)，使人感到安靜、舒適。1.4.3在體育器材方面的應(yīng)用芳綸復(fù)合材料可用來制造高爾夫球棒、網(wǎng)球拍、滑雪橇、雪車、釣魚桿、弓、標(biāo)槍等。1.4.4在汽車方面的應(yīng)用芳綸纖維可取代石棉,因而可減少對環(huán)境和人體健康的危害,它可制造剎車片、離合器、整流器、引擎墊片、汽車車身。特別賽車可減輕車重,提高強度,增加車速。1.4.5在建筑方面的應(yīng)用芳綸纖維復(fù)合材料在建筑領(lǐng)域越來越受到重視。芳綸纖維可取代石棉用來增強水泥,可提供輕構(gòu)造、高強度構(gòu)件,并避免水泥制品開裂。加拿大蒙特樓市奧運體育館采用芳綸纖維復(fù)合材料制成的可伸縮性屋頂,面積達5600m2,含有抗強風(fēng)及承受大雪負(fù)荷的強度。近年來,國外正在開發(fā)芳綸纖維增強膠粘層壓木梁的技術(shù),這種增強材料稱作FiRptm。它的出現(xiàn)意味著用低檔木材可取代高級、貴重木材,并且安全、經(jīng)濟。這種增強膠粘層壓梁比鋼筋水泥構(gòu)件還經(jīng)濟?，F(xiàn)在,美國、德國、日本、澳大利亞、加拿大等國都在研究采用,有廣闊的發(fā)展前景。1.4.6芳綸在信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用由于IT技術(shù)的發(fā)展[3]，光纖鋪設(shè)量猛增，全球光纖總長度為1.6億km，到增至2.0億km。對位芳綸可用作光纜中的“張力構(gòu)件(Fensionmember)"(或稱芯捍)，有了這種含有高模量性能的張力構(gòu)件，可保護細(xì)小而脆弱的光纖在受到拉力時不致伸長，從而不使光傳輸性能受到損害。現(xiàn)在用于此張力構(gòu)件的對位芳綸約3000-4000t，據(jù)業(yè)者預(yù)測，其實際短缺量約4000-5000t。[4]1.4.7其它方面的應(yīng)用芳綸是用于增強子午線輪胎及機械用橡膠制品，如軟管、輸送帶及動力傳送皮帶而專門設(shè)計制造的品種。芳綸纖維還可作增強橡膠的材料,可制輪胎、傳動帶、膠管、繩索等。[5]中國芳綸纖維研制始于20世紀(jì)70年代末，80年代中期完畢小試和中試鑒定。芳綸1414靠近Kevlar-49的水平。由于芳綸纖維價格頗高，現(xiàn)在國內(nèi)還只有航空、航天、船舶及體育器械等系統(tǒng)使用，且根據(jù)最后產(chǎn)品用途不同，成型工藝和加工辦法亦不完全一致，其應(yīng)用領(lǐng)域隨著中國高新技術(shù)的發(fā)展會含有廣闊的應(yīng)用前景。

2原材料2.1聚氨酯樹脂2.1.1聚氨酯化學(xué)和物理性質(zhì)聚氨酯(PU)樹脂是由異氰酸酯與多元醇反映制成的一種含有氨基甲酸酯鏈段重復(fù)構(gòu)造單元的聚合物。有機異氰酸酯化合物含有高度不飽和鍵的異氰酸醋基團(NCO，構(gòu)造式（-N=C=O)，因而化學(xué)性質(zhì)非?；顫?。由于氮和氧原子上的電子云密度較大，其電負(fù)性較大，NCO基團的氧原子電負(fù)性最大，是親核中心，可吸引含活性氫化物分子上的氫原子而生成輕基，但不飽和碳原子的輕基不穩(wěn)定，重排成為氨基甲酸酯(若反映物為醇)或脲(若反映物為胺)。碳原子電子云密度最低，呈較強的正電性，為親電中心，易受到親核試劑的攻打。異氰酸酯與活潑氫化合物的反映，就是由于活潑氫化合物分子中的親核中心攻打NCO基的碳原子而引發(fā)的[6]。反映機理以下:異氰酸酯是生產(chǎn)聚氨酯的重要原料之一，重要有MDI,TDI,HDI,NDI,IPDI,HMDI等，其中以MDI和TDI最為慣用。純MDI在室溫下為白色晶體，在使用前需先加熱熔融，在室溫下長久貯存會產(chǎn)生自聚反映生成二聚體和脲類不溶化合物，使產(chǎn)品色澤加深，熔化后液體混濁，出現(xiàn)不溶性細(xì)微顆粒影響產(chǎn)品質(zhì)量。甲苯二異氰酸酯(TDI)有兩種異構(gòu)體:聚氨酯是由長鏈原料和短鏈原料聚合而成的，是一種嵌段聚合物。普通長鏈二元醇構(gòu)成軟段，而硬段則是由多異氰酸酯和擴鏈劑構(gòu)成。軟段和硬段的種類影響著材料的軟硬程度、強度等性能。影響多個聚氨酯制品性能的因素諸多，普通影響性能的基本因素為:基團的內(nèi)聚能、氫鍵、結(jié)晶性、交聯(lián)度、分子量、溫度。軟段在聚氨酯中占大部分，軟段的分子量對聚氨酯的力學(xué)性能有影響，普通來說，假定聚氨酯分子量相似，其軟段若為聚酯，則聚氨醋的強度隨著聚酯二醇分子量的增加而提高，軟段的結(jié)晶性的提高對聚氨酯制品的性能是有利的。異氰酸酯的構(gòu)造影響聚氨酯的剛性。聚氨酯材料是一類性能較為全方面的材料，含有良好的物理機械性能、優(yōu)秀的耐候性、彈性及軟硬度隨溫度變化不太大等優(yōu)點，在涂料、膠粘劑及油墨等許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。聚氨酯彈性體是一種介于橡膠與塑料之間的高分子材料，它在含有一定彈性的同時，尚有較好的耐磨、耐溫和抗撕裂性能，如將聚氨酯與無機非金屬硬質(zhì)填料結(jié)合制成復(fù)合材料磨機襯板，既能夠增加材料的耐磨性，又可緩和研磨體對襯板的沖擊力，從而提高襯板的使用壽命。同時，隨著硬質(zhì)填料的加入，還可大大減少襯板的成本，提高襯板的市場競爭能力。聚氨酯樹脂(PolyurethaneResin)作為一種含有高強度、抗撕裂、耐磨等特性的高分子材料,在日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。聚氨酯制品品種繁多、形態(tài)各異，它廣泛用于機電、船舶、航空、車輛、土木建筑、輕工以及紡織等部門。聚氨酯彈性體用作滾筒、HYPERLINK傳送帶、軟管、汽車零件、鞋底、合成皮革、HYPERLINK電線電纜和醫(yī)用人工臟器等；軟質(zhì)泡沫體用于車輛、居室、服裝的襯墊，硬質(zhì)泡沫體用作隔熱、吸音、包裝、絕緣以及低發(fā)泡合成木材，HYPERLINK涂料用于高級車輛、家具、木和金屬防護，水池水壩和建筑防滲漏材料，以及織物涂層等。膠粘劑對金屬、玻璃、陶瓷、皮革、HYPERLINK纖維等都有良好的粘著力。另外聚氨酯還可制成乳液、磁性材料等。2.1.2全球聚氨酯發(fā)呈現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢聚氨酯(PU)是世界六大發(fā)展的合成材料之一，其工業(yè)發(fā)展較快，過去五年始終保持6%的年均增加率。就其應(yīng)用廣度而言，已躍居諸種合成材料的首位。能夠預(yù)料，隨著科技的進步及新應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，聚氨酯工業(yè)的發(fā)展將為人們帶來更為便利和舒適的生活。而中國這一含有巨大潛力的市場，在吸取了世界水平的技術(shù)和規(guī)模裝置后，必將成為世界聚氨酯工業(yè)發(fā)展的動力源。據(jù)陶氏化學(xué)公司公布的數(shù)據(jù)，在20世紀(jì)70年代，全球聚氨酯年產(chǎn)量總計只有110萬噸，而進人21世紀(jì)已超出了900萬噸，增加了約9倍。在我國，近的增加速度也大大高于國民生產(chǎn)總值的增加。我國多個聚氨醋產(chǎn)品年產(chǎn)量已近100萬噸，比1997年的60多萬噸增加了約50%。表5世界各地聚氨酯的銷量1980年1985年1990年1999年消耗量比例消耗量比例消耗量比例消耗量比例北美洲10735.417039.022037.525433.0歐洲9932.813330.418030.724632.0亞太地區(qū)4013.25713.07312.417723.0拉丁美洲217.0296.6437.3466.0非洲等3511.64811.07112.1466.0累計302100437100587100769100注:1:1999年所列數(shù)據(jù)為拜耳公司統(tǒng)計2:該數(shù)據(jù)涉及東歐國家3:非洲指非洲、中東及東歐等地區(qū)，但該項1999年數(shù)據(jù)不涉及東歐等國家從表5[7]中趨勢能夠看出，進入20世紀(jì)90年代以來，亞太地區(qū)聚氨酯工業(yè)有了較快的發(fā)展，特別是日本，發(fā)展更快。我國的聚氨酯工業(yè)來源于20世紀(jì)50年代末期，至今已有40數(shù)年的發(fā)展歷史。我國聚氨酯工業(yè)分基本原料、助劑、制品和加工機械等部分?；驹戏之惽杷狨?TDI,MDI等)、多元醇(聚醚和聚酯多元醇)等，制品重要分軟泡、硬泡、彈性體(涉及革、鞋樹脂制品和纖維)、涂料及膠粘劑。1998年到我國聚氨酯總產(chǎn)量將由77萬噸增加到140萬噸左右，平均年增加率約10%，按此預(yù)測到我國聚氨酯總產(chǎn)量將達成260萬噸[8-9]。國外聚氨酯工業(yè)總的發(fā)展趨勢概括以下:(l)基本原料生產(chǎn)的特大規(guī)?；?2)聚氨酯技術(shù)向適應(yīng)環(huán)保、安全衛(wèi)生、資源回收等方向發(fā)展，重要涉及替代破壞臭氧層的CFC發(fā)泡劑技術(shù)、減少VOC(揮發(fā)性有機化合物)散發(fā)技術(shù)、減少游離TDI等有害物質(zhì)的技術(shù)等。(3)聚氨酯CASE(涂料、膠粘劑、密封劑、彈性體、灌封料)發(fā)展明顯快于泡沫產(chǎn)品，是另一趨勢。近年來國外聚氨酯CASE產(chǎn)品的產(chǎn)量以6%-10%的速度增加，是泡沫增加速度的2倍以上，且向高性能、功效化和進一步擴大應(yīng)用領(lǐng)域方向發(fā)展。在CASE產(chǎn)品方面，國內(nèi)的發(fā)展水平與國外差距較大，其中許多重要制品、中間體(預(yù)聚體、樹脂等)多半是靠進口。2.2芳綸纖維2.2.1芳綸纖維化學(xué)和物理性質(zhì)芳綸纖維是由聚對苯二甲酰對苯二胺(PPDA)的液晶溶液經(jīng)干噴濕紡工藝成型而制得，按分子構(gòu)造稱為“芳香聚酰胺纖維”，美國商品名為Kevlar纖維。早在1968年美國杜邦公司就開始了芳香聚酰胺樹脂的合成及成纖工藝研究，于1972年杜邦公司實現(xiàn)了聚對苯二甲酰對苯二胺纖維的工業(yè)化生產(chǎn)，稱為B纖維，規(guī)模為噸/年，1973年改名為Kevlar纖維。聚合物制備:以上合成時用的酰胺溶劑涉及:六甲基磷酰二胺，N-甲基毗咯烷酮和二甲替乙酰胺(DMA)[10]。從芳綸的分子鏈構(gòu)造來看，它是由苯環(huán)和酰胺基按一定規(guī)律排列而成。分子鏈含有相稱的規(guī)整性，致使芳綸纖維含有較高結(jié)晶性。酰胺鍵可在分子鏈之間形成氫鍵。芳綸分子鏈中的苯環(huán)及分子間的氫鍵構(gòu)造使得分子鏈難以內(nèi)旋轉(zhuǎn)，分子鏈不能折疊，呈伸展的剛性棒構(gòu)造，分子鏈之間可排列得十分緊密，從而使纖維含有很高的模量和強度。這種剛性分子構(gòu)造還賦予芳綸纖維高溫下的尺寸穩(wěn)定性能。芳綸分子沿纖維方向是較強的共價鍵，而纖維橫向是較弱的氫鍵。因此芳綸纖維在力學(xué)性能上是各向異性的，芳綸纖維拉伸斷裂時縱向開裂而劈成許多更細(xì)的單絲，橫向受壓時受壓部位會出現(xiàn)一定數(shù)量的縱向?qū)印７季]是一種由高度取向結(jié)晶微區(qū)構(gòu)成的材料，含有某些缺點和空隙，但沒有無定形區(qū)。由于分子鏈段中龐大苯環(huán)的位阻作用，酰胺基團較難與其它原子或基團發(fā)生反映，含有化學(xué)惰性，因而芳綸纖維同基體的粘合性很差，必須進行一定的工藝解決使纖維表面取向減少或增加一定數(shù)量的活性基團，如-COOH，-OH,=CO和-NH2等，這些基團可與基體間形成反映性共價鍵結(jié)合，從而提高復(fù)合材料的界面剪切強度和剝離強度。芳綸含有優(yōu)秀的力學(xué)性能，抗張強度為280kg/mm2，模量為6480kg/mm2（kevlar29)和13300kg/mm2（kevlar49），斷裂伸長率為2.3-4.0%，比重輕(d=1.44g/cm2)并且耐高溫(可在250。C下列使用)。芳綸纖維含有密度小、模量高、強度高、伸長率低等特點。芳綸的這種性質(zhì)重要由其高結(jié)晶、高取向的大分子構(gòu)造所決定的。它是一種高強度、高模量、低密度的有機纖維，它的強度比碳纖維高，質(zhì)量比玻璃纖維、碳纖維都輕，熱膨脹系數(shù)低，抗疲勞性好，含有一定的競爭能力。由于芳綸纖維含有各異性，且壓縮強度、剪切強度與其斷裂強度相比要低得多;而纖維的彎曲是由彎曲、壓縮及拉伸三方面性能決定的，因此芳綸的彎曲強度比拉伸強度要差得多。由于芳綸纖維分子取向度高，橫向聯(lián)系弱，從而使其剪切強度弱、扭轉(zhuǎn)疲勞性差。3制作工藝芳綸短纖維增強聚氨醋復(fù)合材料成形工藝研究高分子基復(fù)合材料的成形辦法有很大的靈活性。根據(jù)增強體和基體材料的種類的不同，需要應(yīng)用不同的制造工藝和辦法。高分子基復(fù)合材料的重要制造辦法按基體材料的不同分為兩類。一類是熱固性復(fù)合材料的制造辦法，其中重要有手工成形法，噴涂成形法，壓縮成形法(模壓成形辦法)，注射成形法，SMC壓縮成形法，RTM成形法(注塑成形法)，真空熱壓成形法，持續(xù)纏繞成形法，持續(xù)拉擠成形法。另一類是熱塑性復(fù)合材料的制造辦法，類似于熱固性復(fù)合材料的制造辦法，其中重要有壓縮成形法，注射成形法，RTM成形法，真空熱壓成形法，持續(xù)纏繞成形法等[11]。多個成形法有各自的特點，采用時需根據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、纖維和樹脂的種類來選擇適宜的成形法。3.1成形辦法的選擇短纖維增強樹脂基復(fù)合材料的慣用的成形辦法有:手工成形法、噴涂成形法、注射成形法、壓縮成形法和SMC壓縮成形法(CompressionmoldingofSMCs)。手工成形法是高分子基復(fù)合材料的制造的最重要的辦法。多用于玻璃纖維/聚醋樹脂復(fù)合材料的產(chǎn)品制造。例如，浴缸、船艇、房屋設(shè)備等。手工成形法重要以玻璃纖維布或片材和聚酯樹脂為原材料。在根據(jù)產(chǎn)品的形狀制造的底模上，先涂一層不粘膠或鋪一層不粘布或不粘薄膜等，然后鋪一層玻璃纖維布，再用刷子或滾輪等工具將樹脂涂抹在玻璃纖維布上，使樹脂均勻地滲入到玻璃纖維布里。重復(fù)此過程直達成到產(chǎn)品規(guī)定的厚度。然后將鋪層完畢后的制品送到固化爐實現(xiàn)固化。噴涂成形法是在人工鋪層涂抹成形法上改善的一種成形法。噴涂成形法以長纖維和樹脂為原材料，它使用的重要工具是一桿能自動切斷纖維并噴出切斷的短纖維和樹脂的自動化噴槍。它是運用自動化噴槍，將自動切斷的短纖維和樹脂一起噴涂在底模上來實現(xiàn)積層。與其它的制造辦法相比，手工成形和噴涂成形的特點是設(shè)備、工具等成本低，能適應(yīng)多個形狀產(chǎn)品的成形。但是由于以人工為主生產(chǎn)效率低，不易實施大量生產(chǎn)。注射成形法是先將低模固定、預(yù)熱，然后運用注射機械在一定的壓力條件下通過一注入口將增強材料的纖維和樹脂等一起擠壓入模型內(nèi)使之成形。注射成形法的特點是易于實現(xiàn)自動化，易于實現(xiàn)大批生產(chǎn)，但制造的產(chǎn)品的纖維含有量不高。另外，由于纖維和樹脂的混合物在模型內(nèi)的流動引發(fā)纖維的排列，產(chǎn)品的強度分布會不均勻。注射機的注射口由于和纖維的摩擦易于磨損。壓縮成形法是將增強材料和樹脂等一起先放入底模，然后加壓，加熱使之成形、固化的一種復(fù)合材料制造辦法。放入纖維和樹脂不粘解決底模的制作放入纖維和樹脂不粘解決底模的制作脫模熱壓固化脫模熱壓固化圖圖3.1壓縮法成形的基本制造工藝壓縮成形的特點是能夠制造大型產(chǎn)品，含纖維量高的產(chǎn)品，高強度產(chǎn)品，能夠用于制造熱固性材料和熱塑性材料，短纖維增強復(fù)合材料制品用的較多。SMC壓縮成形法與前述的成形辦法最大的不同點是使用的原材料不是纖維和樹脂，而是SMC預(yù)制片。SMC是SheetMoldingCompound的縮寫，是指經(jīng)熱固性樹脂浸漬后的、未固化的玻璃纖維/樹脂預(yù)制片。普通有三種預(yù)制片:短纖維隨機分布的預(yù)制片，短纖維單方向分布的預(yù)制片，長纖維單方向分布的預(yù)制片。SMC壓縮成形法事實上是分兩步來實現(xiàn)的一種成形法:第一步是未固化的玻璃纖維/樹脂預(yù)制片的制作;第二步是SMC壓縮成形。SMC壓縮成形法的特點是易于實現(xiàn)自動化、適于大量生產(chǎn)、產(chǎn)品尺寸精度高、表面光滑、強度較高。結(jié)合SMC壓縮成形法特點，以壓縮成形工藝制備復(fù)合材料。擬采用的成形工藝分三步:第一步是預(yù)成形片的制備，將按配方合成的液態(tài)聚氨醋預(yù)聚體與芳綸短纖維于室溫下混合均勻，加入擴鏈劑混合均勻，涂敷預(yù)成形于模具中，于800C下預(yù)固化數(shù)小時，制成預(yù)成形片。第二步是模具準(zhǔn)備，清理模具，對模具做不粘解決，并將其加熱到一定溫度。[12]3.3實驗流程工藝固化脫模熱壓放入預(yù)成形片模具準(zhǔn)備預(yù)成形片的制備第三步將預(yù)成形片制入模具，加溫加壓，固化?；玖鞒坦に囈韵?3.3實驗流程工藝固化脫模熱壓放入預(yù)成形片模具準(zhǔn)備預(yù)成形片的制備3.2芳綸1313工藝：一步法工藝，即低溫溶液間歇聚合，原液通過過濾后直接進行濕法紡絲，水洗后干燥，切斷后打包。性能：耐高溫：分解溫度371℃；阻燃性：極限氧指數(shù)29；斷裂強度：4-5g/d；初始模量：60-120g/d。用途：高溫過濾材料；絕緣材料；消防服、賽車服；高溫傳送帶。②芳綸1414工藝：兩步法工藝，低溫溶液持續(xù)聚合，聚合物分離后洗滌干燥后用濃硫酸重新溶解，干噴濕法紡絲，纖維通過水洗后干燥，卷繞成形。性能：耐高溫：分解溫度500℃；阻燃性：極限氧指數(shù)32；高強度：斷裂強度20-27g/d；高模量：初始模量600-800g/d。用途：個體防護：防彈衣、防彈頭盔；防彈裝甲：裝甲戰(zhàn)車、運鈔車；復(fù)合材料：汽車輪胎簾子線；摩擦材料：剎車片；航空航天材料、光纜增強材料。4修補及性能檢測4.1缺點由芳綸構(gòu)造可知，它是一種分子對稱性、定向程度和結(jié)晶度很高的剛性分子而分子間橫向作用較弱;另外，由于分子構(gòu)造中存在大量不易移動的芳香環(huán)，使其分子間的氫鍵結(jié)合較弱，致使橫向強度低，分子表面活性基團少，表面極性低，使得在壓縮及剪切力作用下容易產(chǎn)生斷裂，并且芳綸纖維表面易吸水，造成芳綸纖維與樹脂基體結(jié)合成的兩相界面強度低、層間剪切強度較小，影響了復(fù)合材料綜合性能的發(fā)揮。因此，為了發(fā)揮芳綸纖維復(fù)合材料的綜合性能，通過對纖維進行表面改性[13-14]和選擇適宜的樹脂基體來改善芳綸纖維增強復(fù)合材料界面結(jié)合狀況成為了復(fù)合材料學(xué)界研究的一種熱點。除此之外，纖維的耐光性差，暴露于可見光和紫外線時會產(chǎn)生光致降解（即力學(xué)性能下降和褪色）。用高吸取率材料對Kevlar纖維增強聚合物基復(fù)合材料作表面涂層，能夠減緩其光致降解；芳綸的溶解性差；抗壓強度低；吸濕性強，吸濕后纖維性能變化大，因此應(yīng)密封保存，在制備復(fù)合材料前應(yīng)增加烘干工序。鑒于以上因素本文重點討論近年來有關(guān)芳綸復(fù)合纖維材料在纖維表面改性和合用樹脂基體選擇上的研究。4.2芳綸表面改性芳綸纖維的化學(xué)構(gòu)造使得酰胺基團很難樹脂的原子或基團發(fā)生反映,纖維表面呈現(xiàn)出較大的化學(xué)惰性,纖維與樹脂的界面結(jié)合能較低,粘附性及浸潤性很差,兩相界面粘結(jié)不抱負(fù),而載荷又都是通過界面來進行應(yīng)力傳遞的,造成復(fù)合材料的層間剪切強度低,影響了復(fù)合材料綜合性能的發(fā)揮,限制了它在復(fù)合材料中的廣泛應(yīng)用。芳綸纖維表面改性的重要目的是使纖維表面粗糙度增加或在纖維表面引入一定數(shù)量的活性基團（-COOH,-OH，-NH2等）芳綸纖維表面改性技術(shù)可分為物理改性和化學(xué)改性兩類，物理改性所需技術(shù)手段較高，本文重點討論化學(xué)改性手段。國內(nèi)外研究的芳綸表面解決辦法諸多,但真正實際應(yīng)用的并不多。在這些辦法中,化學(xué)表面接枝改性和等離子體改性兩種技術(shù)是解決效果比較明顯的。4.2.1物理改性物理改性法重要有等離子體解決法,超聲波浸漬改性法,高能射線法(高能射線法又分為r射線、x射線和高能電子束法),表面涂層法。重點討論運用較多的等離子體解決法和表面涂層法。4.2.2超聲波浸漬改性法超聲波浸漬改性法是一種運用超聲振動能量來變化物質(zhì)的構(gòu)造、狀態(tài)、功效或加速這些變化的過程的超聲波浸漬技術(shù)，通過增加纖維表面極性基團的含量和纖維表面粗糙度來提高材料的界面粘結(jié)性能，卻對纖維損害較小、較有效地提高復(fù)合材料力學(xué)性能的辦法。它對改善樹脂基復(fù)合材料界面粘結(jié)性能的作用重要體現(xiàn)在下列兩點:一是在超聲作用下，樹脂膠液的構(gòu)造和性能發(fā)生變化，有助于提高樹脂基體的活性;二是運用超聲的振蕩來消除膠槽中的氣泡，空氣以及其它雜物，使膠液能均勻地浸潤纖維，從而改善復(fù)合材料的界面粘結(jié)性能。4.2.3表面涂層法表面涂層法是在芳綸纖維表面涂上柔性樹脂，然后與樹脂基體復(fù)合，有助于芳綸纖維與基體形成良好的粘合界面.該涂層能夠鈍化裂紋的擴展，增大纖維的拔出長度，從而增加材料的抗破壞能力。1998年，西安交通大學(xué)宋月賢等[15]用不含有機溶劑的水溶液高活性改性環(huán)氧樹脂(CSJR-2)活化液和預(yù)縮合間苯二酚-甲醛樹脂(SJR-1)配制的RFL浸漬液解決芳綸簾線，獲得了令人滿意的黏合活化效果.此活性劑不含有機溶劑，工藝簡樸，能夠避免纖維表面未固化的環(huán)氧樹脂對人體的侵害。4.2.4化學(xué)改性化學(xué)改性重要涉及有表面接枝、表面刻蝕、偶聯(lián)劑等辦法。4.2.5表面刻蝕改性表面刻蝕技術(shù)是通過化學(xué)試劑解決芳綸，引發(fā)纖維表面的酰胺鍵水解，從而破壞纖維表面的結(jié)晶狀態(tài)，使纖維表面粗化.人們慣用酰氯類(甲基丙烯酰氯等)、酸堿類(乙酸酐等)等化學(xué)刻蝕劑來解決芳綸。1989年，希臘Andreopoulos等[16]，以及1997年，希臘Tarantili采用甲基丙烯酰氯的CCl4溶液對芳綸進行了解決，首先，表面粗糙度增加，增大了纖維與基體的嚙合，同時除去了弱界面層，增加纖維/基體間的接觸面積;另首先提高了纖維的表面能，使樹脂更有效地潤濕纖維，因而使改性后的芳綸/環(huán)氧復(fù)合材料韌性提高8%。1999年，新加坡Yue[17]采用乙酸酐刻蝕芳綸表面也使界面剪切強度從38MPa提高到63MPa，提高了60%，這重要是乙酸酐的作用使纖維表面氧含量增大，從而增大了纖維與基體表面的潤濕與結(jié)合。王楊等[18]采用不同濃度的磷酸對芳綸纖維進行解決,酸性物質(zhì)含有較強的表面氧化和表面刻蝕的能力,當(dāng)濃度達成20%時,復(fù)合材料的界面性能最佳,其層間剪切強度和界面粘結(jié)強度分別達成62MPa和60.8MPa,高于未解決纖維的復(fù)合材料。4.2.6表面接枝在芳綸表面進行接枝改性是化學(xué)改性辦法中研究最多的辦法之一。據(jù)接枝官能團位置的不同,大致可分為:苯環(huán)上的接枝反映和取代芳綸表層分子中酰胺鍵上氫的接枝反映。Ou[19]等采用氯丙烯和3-氯丙基三甲氧基硅烷在Kevlar纖維表面接枝改性，研究表明接枝改性改善了Kevlar纖維與高密度聚乙烯間的相容性，提高了Kevlar纖維/木粉/高密度聚乙烯復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能。B.J.Briscoe等[20]采用無水反映路線,成功將丙二醇、烷基、環(huán)氧基及三甲基硅烷等基團接枝到芳綸纖維表面,表面接枝后的芳綸纖維與樹脂間的接觸角、纖維與水及二碘甲烷的粘附作用都明顯減少。5參考文獻[1]MaksimovRD.PlumeE.long-lermcreepofhybridaramid/glass-fiber-reinforccd.plasties[J].MechaniesofCompositeMaterials，，37（4）；271-280.[2]袁金慧，江欞，馬家舉等.芳綸的應(yīng)用和發(fā)展[J]，高科技纖維與應(yīng)用，.30（4）；29.[3]彭濤，葉光斗，對位芳香族聚酰胺纖維及其增強復(fù)合材料的發(fā)展[J].合成纖維工業(yè)；，27（6）[4]譚小紅，高性能纖維的發(fā)展及其應(yīng)用[J].紡織科技進展，，5；14-16.[5]畢鴻章，芳綸纖維復(fù)合材料及其應(yīng)用概述[J]。建材工業(yè)信息，1996.03:8-9.[6]李紹雄，劉益軍，聚氨酯樹脂及其應(yīng)用[M].北京；化學(xué)工業(yè)出版社材料科學(xué)與工程出版社出版中心，；16-17.[7]翁漢文，我國聚氨酯工業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展展望[J].聚氨酯工業(yè)，,16（3）：2.[8