磷酸表面改性Kevlar纤维及其复合材料性能的研究
刘俊宁;夏晓红
【期刊名称】《工程塑料应用》
【年(卷),期】2011(39)9
【摘要】采用磷酸溶液对芳纶纤维(Kevlar)进行了表面改性,通过考察其表面化学结构、元素组成、表面形貌及表面粗糙度的变化研究了磷酸对Kevlar纤维表面改性的效果.结果发现,改性后的纤维表面引入了含氧基团,并产生了明显的刻蚀作用.利用溶液预浸渍工艺和高温模压成型技术制备了Kevlar增强双马来酰亚胺树脂(BMI)复合材料,通过研究其层间剪切强度和吸水率等性能,证实了Kevlar经磷酸表面改性后,其增强的复合材料的层间剪切强度更高、耐吸水性更好.%Phosphorous acid solutions was used to modify the surface of Kevlar fiber. The changes in the chemical structure, element composition, surface morphology and surface roughness of the fiber surface were characterized to investigate the effects of surface modification of Kevlar fibers by phosphorous acid. Results showed that phosphorous acid could introduce oxygen-containing functional groups onto the surface of the fiber, and the surface of the fiber was etched obviously. Bismaleimide( BMI) composite reinforced by Kevlar fiber was prepared through solution impregnating process and high temperature molding technique. Through studying inter-laminar shear strength( ILSS) and the water absorptivity, it was proved that when the surface of Kevlar fiber was modified by phosphorous acid, BMI/treated
Kevlar fiber composite had higher ILSS and better water absorbing resistance.
【总页数】4页(P30-33)
【作者】刘俊宁;夏晓红
【作者单位】山东医学高等专科学校化学教研室,济南250002;中国兵器工业集团第五三研究所,济南250031
【正文语种】中文
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纤维增强的聚合物基复合材料 一、复合材料 1、定义 复合材料是一种多相的复合体系，由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料。 2、分类 根据组成复合材料的不同物质在复合材料中的形态，可将它们分为基体材料和分散材料。复合材料按分散材料形式不同可分为纤维增强复合材料、粒子增强复合材料、晶须增强复合材料等；按基体材料不同可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料。 二、纤维增强聚合物基复合材料 聚合物基复合材料是以高分子聚合物为基体，添加增强纤维制得的一种复合材料。 它有许多优异的性能：（1）质轻高强。若按比强
度计算（强度与密度的比值），玻璃纤维增强的聚合物基复合材料不仅大大超过碳钢，而且可超过某些特殊合金钢。特别是有机纤维、碳纤维复合材料有更低的密度和更高的强度。（2）耐疲劳性能好。聚合物复合材料中的纤维与基体的界面能阻止裂纹的发展，金属的疲劳强度是其拉伸强度的30~50%，碳纤维/不饱和聚酯复合材料是70~80%。（3）耐热性强。虽然聚合物基复合材料的耐热性不及金属基和陶瓷基复合材料，但随着高性能树脂和高性能增强材料的发展，它的耐热性也达到很优异的效果。甲基二苯乙炔基硅烷树脂为基体的复合材料在500℃下仍能保持较好的力学性能。（4）介电性能好。通过选择树脂基体和增强纤维可制备低介电损耗角正切（小于0.005）的复合材料.如，热固性丁苯树脂基、聚酰亚胺树脂基复合材料。 1、聚合物基体 目前可供选择的树脂主要有两类：一类为热固性树脂，其中包括环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂等，另一类为热塑性树脂，如尼龙、聚砜、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺等。 聚合物的选择应考虑：A、基体材料能在结构使用温度范围内正常使用；B、基体材料具有一定的力学
复合材料制备及其性能优化研究 随着社会的不断发展，人们对于材料的需求越来越高，特别是对强度、轻量化以及防腐蚀等性能的需求。这时，复合材料作为一种新型材料，逐渐引起广泛的重视。复合材料是由两种或两种以上不同的材料附着在一起构成的，这些材料在一定条件下具有优异的物理、化学、力学和热学性质。复合材料制备及其性能优化研究是目前热门的研究领域之一。 一、复合材料的制备 复合材料制备的首要任务是找到与目标性质相适应的材料，并且将其合理配比、混合并固化为复合材料。常用的复合材料制备方法有以下几种： 1.手工层压法 这种方法是将各种材料手工叠合在一起，并施加一定的压力进行固化。手工层压法无需特殊设备，操作简单，适用于一些小型的简单结构复合材料的制备。 2.真空吸气法 真空吸气法是将层叠好的材料放在导模上，用真空泵通过吸气把模子吸紧，然后在高温下静置固化，对制备大型结构件比较方便，可得到密实、质量稳定的复合材料。
3.喷涂法 喷涂法又称为沉积法，是将复合材料呈粉末状或纤维束形式通 过喷涂等方法附着在基体上，再进行固化处理而制备的复合材料。 以上三种制备方法各有其优缺点，需要根据具体的材料和所要 求的性能来选择。不过，无论采用何种制备方法，都需要通过不 断试验和调整来达到预期的效果。 二、复合材料性能的优化 复合材料的优秀性能常常需要通过对材料的组分、制备方法以 及工艺参数等的优化来实现。目前，常见的复合材料的性能优化 研究有以下几个方面： 1.材料组分优化 优化复合材料的组分是提高材料性能的重要手段。在选择材料 组分时，需要注重选好基体材料和增强材料，保证其相容性和互 相补充性。 2.界面改性 由于复合材料是两种或两种以上不同材料的组合，不同材料之 间的交界处或界面性能将直接影响整个复合材料的性能。对界面 进行改性，能够有效提高材料的综合性能。 3.加工工艺优化
纤维增强复合材料由增强纤维和基体组成。纤维(或晶须)的直径很小，一般在l0μm以下，缺陷较少又小，断裂应变不大于百分之三，是脆性材料，容易损伤、断裂和受到腐蚀。基体相对于纤维来说，强度和模量要低得多，但可经受较大的应变，往往具有粘弹性和弹塑性，是韧性材料。 纤维增强复合材料，由纤维的长短可分为短纤维增强复合材料、长纤维复合材料和杂乱短纤维增强复合材料。纤维增强复合材料由于纤维和基体的不同，品种很多，如碳纤维增强环氧、硼纤维增强环氧、Kevlar纤维增强环氧、Kevlar 纤维增强橡胶、玻璃纤维增强塑料、硼纤维增强铝、石墨纤维增强铝、碳纤维增强陶瓷、碳纤维增强碳和玻璃纤维增强水泥等。（1新型纺织材料及应用宗亚宁主编中国纺织出版社） 纤维增强复合材料的性能体现在以下方面： 比强度高比刚度大，成型工艺好，材料性能可以设计，抗疲劳性能好。破损安全性能好。多数增强纤维拉伸时的断裂应变很小、叠层复合材料的层间剪切强度和层间拉伸强度很低、影响复合材料性能的因素很多，会引起复合材料性能的较大变化、用硼纤维、碳纤维和碳化硅纤维等高性能纤维制成的树脂基复合材料，虽然某些性能很好，但价格昂贵、纤维增强复合材料与传统的金属材料相比，具有较高的强度和模量，较低的密度、纤维增强复合材料还具有独特的高阻尼性能，因而能较好地吸收振动能量，同时减少对相邻结构件的影响。 从本世纪40年代起，复合材料的发展已经历了整整半个世纪。随着技术的提高，应用领域已从航空航天和国防军工扩展到建筑与土木工程、陆上交通运输、船舶和近海工程、化工防腐、电气与电子、体育与娱乐用品、医疗器械与仿生制品以及家庭与办公用品等等各部门。复合材料在建筑上可作为结构材料、装饰材料、功能材料以及用来制造各种卫生洁具和水箱等。 纤维增强复合材料由增强材料和基体材料构成，每部分都有各自的作用，影响复合材料的性能。 作为增强材料的纤维是组成复合材料的主要成分。在纤维增强复合材料中占有相当的体积分数，同时是结构复合材料承受载荷的主要部分。增强纤维的类型、数量和取向对纤维增强复合材料的性能十分重要，它主要影响以下的方面：（1）密度；
PBO纤维和树脂基体间TIFSS提高，但过多的偶联剂会导致偶联剂交联层过 厚，反而会TIFSS 降低．而等离子对纤维表面的刻蚀作用首先作用在偶联剂上，使得偶联剂形成接枝交联层，该偶联剂层对纤维能起到一定的保护作用，因此PBO纤维的σ下降的不多。 分析可知，偶联剂与等离子结合起来改性的工艺条件是：A一187偶联剂的含量为2％，氩气低温等离子处理的时间为2 min ，压力为5Opa，功率为30W。 在所选择的偶联剂中，A一187型偶联剂对提高PBO纤维与环氧树脂间Γ IFSS 效果最好，偶联剂的最佳的含量2％．(2)当A- 187含量为2％，氩气低温等离 子处理条件为2min，30W，50Pa时，改性后的PBO纤维的Γ IFSS 胂高达lO．44MPa， 相对于仅用偶联剂A-187改性的Γ IFSS 提高了52％，相对于原丝的Γ IFSS 提高了 78％。PBO纤维的浸润性也得到了很大的改善。(3)氩气低温等离子结合偶联剂
改性后的PBO纤维随着时问的推移，Γ 的下降不明显；接触角增大的幅度也 IFSS 不明显，其变化趋向于平稳，还略有下降趋势。氩气低温等离子体结合偶联剂改性的PBO纤维的衰减效应不明显。 接枝液常选用具有极性基团的烯类单体，其与树脂基体具有较好的相容性，能够与等离子体在纤维表面产生的活性中心发生反应。单体在纤维表面接枝后，可增强纤维表面和树脂基体间的相互作用，从而增强了复合材料的界面性能。 纤维是一种高性能纤维,但是由于它表面过于光滑,纤维表面活性又低,没有活性基团,因此与树脂基体的界面粘接性能差,一般比纤维低。所以需要对纤维表面进行处理,使纤维表面粗糙,提高表面自由能,增加纤维表面极性官能团数量,从而提高纤维与树脂基体的界面粘接强度。据资料报道,美国道化学公司采用活性等离子体处理方法在实验室对纤维进行表面处理,其中氧等离子处理使界面剪切强度邓提高了欧洲专利〕报道,采用气体三氧化硫对纤维进行磺化改性,通过在纤维表面引人磺酸基团,增加纤维表面极性,可以有效改善纤维表面的润湿性能,使得纤维与环氧树脂间界面剪切强度提高西安交通大学通过使用不同的硅烷类偶联剂对纤维进行涂覆,改性后的纤维与树脂基体间的界面剪切强度可以提高左右石佩玉等人也通过电子束辐射改性纤维,结果表明纤维和橡胶基体间的界面剪切强度可提高。本文研究了对纤维表面进行电晕放电处理后,纤维环氧复合材料缠绕成型环层间剪切强度的变化情况。 硫酸处理过的PBO纤维虽然强度没有盐酸处理过的纤维强度下降的多，但强度离散性是这几种介质处理后最大的，从图3一26看出在硫酸中纤维的破坏形式不同于在盐酸中，它是以原纤从纤维主体上剥离开始的。这可能是因为PBO 聚合物可以溶于质子酸的缘故，PBO分子链本身相互作用力很弱，而原纤间微弱
武汉理工大学 高性能增强材料课程论文PBO纤维的性能及其改性 研究 学院(系)：材料学院 专业班级：材研A1101班 学号：1049721100025 学生姓名：万光兵 任课教师：梅启林教授 2012年 05 月 10 日
摘要 聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维是由PBO聚合物通过液晶纺丝制得的一种高性能纤维。与其它高性能纤维相比，PBO纤维具有更高的比强度、比模量和耐热阻燃性能，被誉为“21世纪的超级纤维”，可以用来制作高性能复合材料应用于未来的航天、航空和国防等高新技术领域。但PBO纤维表面光滑，且呈化学惰性，与树脂基体间的界面粘结性能很差，这极大影响了纤维力学性能的充分发挥，严重制约了PBO纤维在高性能复合材料领域中的应用。因此，改善PBO纤维的表面性能、提高它与树脂基体间的界面粘结性能是PBO纤维得以在高性能复合材料领域中广泛应用的关键。本文介绍了PBO纤维的各种优异的性能及其相应的纤维的结构，同时列举了各种PBO纤维的改性处理方法，对PBO纤维的性能做了比较综合的论述。 关键词：PBO 结构性能改性
Abstract Poly-phenylene benzo oxazole (PBO) fiber is a high-performance liquid crystal spinning of PBO Polymer fibers. Compared with other high-performance fiber, PBO fiber has a higher specific strength, specific modulus and heat-resistant flame-retardant properties, known as the "21st century super fiber" can be used to produce high-performance composite materials used in the future high-tech fields such as aerospace, aviation and defense. PBO fiber surface is smooth, and there was a chemically inert, and the interfacial bonding properties between the resin matrix is poor, which greatly affected the fiber mechanical properties into full play, severely restricted the application of PBO fiber in the field of high performance composites. Therefore, to improve the surface properties of PBO fiber, improve it with the resin matrix interfacial bonding properties between PBO fiber can be widely used in the field of high performance composite materials. This article describes the superior performance of the PBO fiber and its corresponding fiber structure, and cited a variety of PBO fiber modified approach, a more comprehensive discussion of the performance of the PBO fiber. Key words: PBO structure property modified
高性能纤维复合材料的研究及应用 严岩;朱福和;王伟 【摘要】高性能纤维复合材料是以高性能纤维作为增强材料,树脂作为基体,通过加工成型得到的复合材料,具有质轻、高强高模、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强、易加工成型等优异性能,得到广泛的应用.本文介绍了高性能纤维复合材料常用高性能纤维和常用树脂基体、复合材料界面和应用领域,并分析了国内高性能纤维复合材料发展存在的问题. 【期刊名称】《合成技术及应用》 【年(卷),期】2015(030)004 【总页数】5页(P44-48) 【关键词】复合材料;高性能纤维;树脂基体 【作者】严岩;朱福和;王伟 【作者单位】中国石化仪征化纤有限责任公司研究院,江苏仪征211900;江苏省高性能纤维重点实验室,江苏仪征211900;中国石化仪征化纤有限责任公司研究院,江苏仪征211900;江苏省高性能纤维重点实验室,江苏仪征211900;中国石化仪征化纤有限责任公司研究院,江苏仪征211900;江苏省高性能纤维重点实验室,江苏仪征211900 【正文语种】中文 【中图分类】TQ342+.7
复合材料是两种或两种以上不同材料通过复合工艺组合而成的新型固体材料，各组分材料之间有明显界面，能够保留各组分材料原有的特点，又通过材料设计使各组分材料的优势充分发挥，从而获得单种材料无法比拟的综合性能［1-2］。高性能纤维复合材料一般是以高性能纤维为增强材料，以适合的聚合物（最常使用树脂）为基体的一种复合材料，具有高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强、易加工成型等特点。20世纪60年代左右，为了满足国防军工和航天技术的发展要求，美国等发达国家开发碳纤维等高性能纤维材料并实现产业化生产，碳纤维环氧树脂复合材料和硼纤维增强环氧树脂复合材料由于高强高模、质量轻等优异性能开始应用于生产战斗机等军工装备。几十年来高性能纤维复合材料不断发展，已从航空航天领域向防护装备、体育器材、交通、建筑、工业设备等多领域迅速推广。随着复合材料研究继续深入，其优越性能将得到越来越充分的发挥和应用。 一般而言，高性能纤维复合材料是由高性能纤维和树脂基体组成，两者之间还存在界面层［3］。材料的性能由增强纤维材料、聚合物基体材料和界面性能所共同决定。 2.1 高性能纤维 高性能纤维又称特种纤维，是具有特殊物理化学结构、性能和用途的化学纤维，如质量轻、高强、高模、耐冲击、耐腐蚀、耐高温等优良性能［4］。高性能纤维类别品种繁多，按结构可分为有机纤维和无机纤维两种，有机纤维包括：芳香族聚酰胺纤维（俗称芳纶，包括间位芳纶、对位芳纶和杂环芳纶）、超高分子量聚乙烯纤维（也称高强聚乙烯纤维）、聚苯硫醚纤维、聚苯并咪唑纤维、聚苯并噁唑纤维、聚四氟乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚醚醚酮纤维等；无机纤维主要包括：碳纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、硼纤维等。最常用的三大高性能纤维是碳纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维［5］。 2.2 树脂基体
第一章 1复合材料有哪些优点？存在的主要问题是什么？（P6） 2简述复合材料的组成？界面为什么也是一个重要组成？ 答：组成：基体，增强材料 3谈谈复合材料的发展？ 答：复合材料是新材料领域的重要组成部分，与传统材料相比，复合材料具有：可设计性强、比强度比模量高、抗疲劳断裂性能好、结构功能一体化等一系列优越性能，是其他材料难以替代的功能材料和结构材料，是发展现代工业、国防和科学技术不可缺少的基础材料，也是新技术革命赖以发展的重要物质基础，复合材料已成为新材料领域的重要主导材料。 第二章 2为什么玻璃纤维与块状玻璃性能不同？纤维的粗细对其强度有什么影响？为什么? 答：玻璃纤维的结构与玻璃的结构本质上没有什么区别，都是一种具有短距离网络结构的非晶结构。玻璃纤维的强度和模量主要取决于组成氧化物的三维结构。玻璃是由二氧化硅的四面体组成的三维网络结构，网络间的空隙由钠离子填充，每一个四面体均由一个硅原子与其周围的氧原子形成离子键，而不是直接联到网络结构上。网络结构和各化学键的强度可以通过添加其它金属氧化物来改变，由此可生产出具有不同化学性能和物理性能的玻璃纤维。填充的Na或ca等阳离子称为网络改性物。（P27 6. 玻璃纤维性能的主要特点是什么？ ..力学特性-脆性材料，拉伸强度高，但模量较低；纤维强度分 散性较大，强度受湿度影响； ..热性能-高温热处理后强度下降，导热系数低 ..耐介质性能-除HF外，对其他介质具有较好的耐腐蚀能力，受 水侵蚀强度下降 ..电性能-与组分尤其是含碱量有关，具有良好的高频介电性能 8什么是原纱、单丝、捻度、合股数、支数、特、旦？8. 什么是原纱、单丝、捻度、合股数、支数、特、旦？ 见p29 10为什么玻璃布的强度比单丝强度要低的多？ 答：玻璃纤维的细度的影响因素：原料的熔融温度、漏板孔径、拉丝温度、拉丝速度等。从理论上讲，玻璃纤维直径越细，其强度越高。但实际生产中，单丝在拉丝过程中表面形成了很多微裂纹，使其强度远低于理论值。直径在10~20微米范围内，单丝强度相差不大。
复合材料的界面粘接与增韧研究 复合材料在现代制造业中扮演着重要的角色，它们结合了不同材料的优点，具有出色的力学性能和广泛的应用领域。然而，复合材料的界面粘接和增韧是一个持续的挑战，直接影响着其性能和可靠性。 界面粘接是指两个或多个不同材料的接触面之间形成的粘结区域。在复合材料中，界面粘接是将复合材料的各个组件牢固地粘结在一起的关键。一个强大的界面粘接能够有效地传递力学载荷，并能够抵抗外界环境的侵蚀。而一个弱化的界面粘接则容易引起界面失效，导致材料损坏。 为了提高复合材料的界面粘接性能，研究人员进行了大量的研究和实践。其中一个关键的研究方向是表面改性技术。通过在复合材料表面引入适当的功能化化合物或添加剂，可以增强界面粘接效果。例如，使用表面处理剂可以提高纤维增强复合材料中纤维与矩阵的粘接强度。此外，也可以使用聚合物、金属或陶瓷等材料作为界面层，强化界面的结合力。 除了改善界面粘接外，增韧是另一个需要解决的问题。复合材料主要由纤维增强材料和矩阵材料组成，纤维起到增加材料强度的作用，而矩阵则起到传递载荷和保护纤维的作用。然而，界面粘接的弱点容易导致纤维在界面处脱粘，导致复合材料的脆性断裂。因此，研究人员致力于开发各种增韧技术，以提高复合材料的韧性和抗冲击性能。 其中一种增韧技术是纳米填料增韧。通过在界面处引入纳米颗粒，可以增加界面的接触面积和摩擦力，从而提高界面的粘结效果。此外，纳米填料还可以平均分散在复合材料中，形成纳米尺度的网络结构，增加材料的韧性。例如，研究人员发现，在碳纤维增强复合材料中添加适量的纳米氧化铝填料可以显著提高材料的断裂韧性和冲击强度。
另一种增韧技术是多尺度增韧。这种技术通过在复合材料中引入不同尺度的增韧结构，从而增加其抗拉强度和韧性。例如，可以在纤维增强复合材料中引入微尺度的纳米纤维或纳米管，以改善其界面粘接和层间结合强度。此外，也可以在复合材料中引入宏观尺度的增韧结构，如纤维增强层或裂纹桥梁，以增加材料的抗裂性能。 综上所述，复合材料的界面粘接和增韧是当前研究的热点和难点。通过合理选择和改性材料、优化制备工艺和发展新型增韧技术，可以有效提高复合材料的性能和可靠性。虽然还存在一些挑战和问题，但相信随着科学技术的不断进步，复合材料的界面粘接和增韧研究将会取得更大的突破，推动复合材料在各个领域的应用和发展。
纤维复合材料的界面行为研究 纤维复合材料是一种由纤维增强基体材料构成的高性能材料，具有高强度、高 模量和低密度等优良特性，广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。其中，纤维与基体的界面行为对材料的性能具有重要影响。 界面行为是指纤维与基体之间相互作用的现象，涉及界面的结构、力学性能和 失效行为等。纤维复合材料的性能取决于纤维与基体之间的协同工作，而纤维与基体之间的界面行为则直接决定了协同工作的效果。 界面的结构是影响界面行为的重要因素之一。纤维表面通常被包裹在一层称为 分散剂的涂层中，分散剂能够增强纤维与基体之间的界面结合力，防止纤维的断裂和脱离。此外，基体与纤维之间的结合方式也会影响界面的结构，常见的结合方式有物理结合和化学结合。物理结合主要依靠机械力来保持纤维与基体的结合，而化学结合则通过化学反应将纤维与基体结合在一起，具有更强的界面结合力。 界面的力学性能是纤维复合材料性能的重要方面之一。研究表明，界面的强度 和刚度直接影响了复合材料的力学性能。强界面可以有效地将应力转移到纤维上，提高材料的强度和刚度。此外，界面的断裂行为也对材料的失效行为产生重要影响。界面失效主要表现为纤维与基体之间的剥离、滑动和断裂等。研究界面的断裂行为有助于改进纤维复合材料的韧性和耐久性。 纤维复合材料的界面行为也受到外部条件的影响。例如，温度和湿度等环境因 素会影响纤维和基体的性质，从而进一步影响界面的行为。研究表明，潮湿环境下纤维与基体之间的黏着力和剥离强度会降低，这会导致纤维复合材料的力学性能和耐久性下降。因此，改善纤维与基体之间的界面行为在提高纤维复合材料性能方面具有重要意义。 为了研究纤维复合材料的界面行为，科学家们开展了大量的实验和模拟研究。 通过改变纤维表面的处理方式、调整分散剂的种类和浓度，以及改变纤维与基体的
概述对位芳纶纤维生产工艺开发与应用 一、前言 对位芳纶简称对位芳香族聚酰胺纤维，其中的聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）纤维，由于PPTA表现出溶致液晶性，是一种重要的主链型高分子液晶。高分子液晶的工业化是以对位芳纶的另一个差别化产品是浆粕纤维（PPTA-pulp）。它具有长度短（小于等于4mm）、毛羽丰富、长径比高、比表面积大（可达7-9m2/g）等优点，可以更好地分散于基体中制成性能优良的各向同性复合材料，其良好的耐热性、耐腐蚀性和好的机械性能，在摩擦密封复合材料(代替石棉)中得到了更好的应用。某些国家浆粕的应用高达芳纶用量的96％。 二、对位芳纶的发展历史 美国杜邦公司1972年投产的PPTA纤维(商品名Kevlar)系列为先导的。该纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、耐大多数有机溶剂腐蚀的特性，且Kevlar纤维尺寸稳定性也非常好。因此，对位芳纶的特点使得它在航天工业、轮船、帘子线、通信电缆及增强复合材料等方面得到了广泛的应用。 我国的清华大学、东华大学、晨光化工研究院、上海合成纤维研究所及巴陵石化有限责任公司等单位先后开展过PPTA的合成及纺丝研究工作。"七五"期间，国家在南通投资兴建了30吨/年的PPTA合成中试装置，但由于存在一些技术上的问题，已于1991年停运。最近几年来，广东新会已开始试产PPTA纤维，设计能力为500 吨/年，仍采用国外相近的传统生产方法，但其产品的性能及价格明显不如美国杜邦的Kevlar纤维，最近几年来仍处于中试阶段但对位芳纶由于一些关键的技术问题没有解决，仍没有实现国产化。加快其开发及产业化步伐，已成为促进我国国防军工及相关产业快速发展的迫切需要。 从对位芳纶的历史价格趋势观察获悉：自对位芳纶问世以来，其价格呈现戏剧性的变化。最初，Kevlar芳纶价格高达100﹩/kg，随着产量增加其价格逐渐下降，1978年降到25-45﹩/kg。90年代初，荷兰AKZO公司推出对位芳纶Twaron，竞争加剧导致对位芳纶价格下降，最低时降到约15﹩/kg，被认为是无法投资盈利的水平。为了有利可图，杜邦和帝人公司联合上调价格，加上9.11事件对芳纶需求的影响，目前对位芳纶的价格比90年代中期提高了30-40%，约为25～35﹩/kg。据介绍，芳纶应用于普通轮胎的性价比平衡临界点是12﹩/kg，而当前国际市场芳纶的价格约为30﹩/kg。 三、对位芳纶的主要性能 对位芳纶最突出的性能是其高强度、高模量和出色的耐热性。同时，它还具有适当的韧性可供纺织加工。标准PPTA芳纶的重量比拉伸强度是钢丝的6倍，玻纤的3倍，高强尼龙工业丝的2倍；其拉伸模量是钢丝的3倍，玻纤的2倍，高强尼龙工业丝的10倍；在200℃下经历100hr，仍能保持原强度的75％，在160℃下经历500hr，仍能保持原强度的95％。据此，对位芳纶大多被用作轻质、耐热的纺织结构材料或复合结构增强材料。对位芳纶性能的缺点是压缩强度和压缩模量较低、耐潮湿和耐紫外辐射性差、表面与基体复合粘合性差。为了适应不
芳纶1414纤维及其研究进展 1.芳纶纤维简介 Kevlar纤维是芳香族聚合物纤维,是以对苯二胺和对苯二甲酰为原料,在有机溶液中进行低温缩聚,得到高性能、高结晶度的树脂釆用液晶纺丝新技术,溶于浓硫酸或六甲基酸酷胺等一些溶剂中配成纺丝原液,然后用干湿法纺丝的技术制备而成。Kevlar纤维的分子链是由苯环和醜胺基按一定规律排列而成。醜胺基团的位置又都在苯环的直位上,故而这种聚合物具有良好的规整性,致使Kevlar纤维具有高结晶度。这种刚性的聚集状分子链,在纤维轴向是高取向的,分子链上的氢原子将和其它分子链上的基(酷胺基团内)结合生成氢键,成为高聚物分子间的横向联结。Kevlar纤维这种苯环结构,使它的分子链难于旋转,高聚物分子不能折叠,又是伸展状态,形成体状结构,从而使纤维具有很高的模量。聚合物线性结构的分子间排列十分紧密,在单位体积内可容纳很多聚合物分子,这种高致密特性使纤维具有较高的强度。此外,这种苯环结构由于环内电子的共辆作用,使纤维具有化学稳定性,又由于苯环结构的刚性,使高聚物具有晶体的本质,使纤维在高温状态下具有尺寸稳定性。 2.表面处理纤维 借助超临界二氧化碳的溶胀及携带性能，将六亚甲基二异氰酸酯（&’）( 携带进入芳纶中，并对纤维进行改性，利用力学性能测试!红外光谱!扫描电镜!)*射线光电子能谱方法测试了纤维的力学性能以及纤维与基体树脂的界面黏附性能，观察了纤维的表面形貌，分析了纤维表面的元素分布等结果表明：经改性的纤维强度及模量均有提高；纤维表面变得粗糙，+ 元素含量明显增加，极性基团增加；复合材料界面剪切强力明显增加，表明纤维更适合用作复合增强材料。 [1] 周建军,孔海娟,张蕊,马禹,滕翠青,余木火. 超临界二氧化碳下以六亚甲基二异氰酸酯改性芳纶[J]. 合成纤维,2012,05:1-4. 对位芳给(Para-aramid fiber)主要品种是凯夫拉,其化学名称为聚对苯二甲酷对苯二胺(PPTA),是一种新型高科技合成纤维,具有高强度、高模量、高结晶度和高取向度,由于它出色的热稳定性能和化学惰性,使其成为了高性能复合材料增强纤维的最佳候选之一。 [1] Jia C.X,Chen P., Lin B., Wang Q., Liu C.,Yu Q.,Effects of Twaron fiber surface treatment by air dielectric barrier discharge plasma on the interfacial adhesion in fiber reinforced composites[J], Surface Coatings and Technology. 2010,204(21-22):3668-3675. 虽然芳纶纤维具有优异的力学性能和化学稳定性及耐高温性能，但由于纤维表面光滑，缺少活性基团，表面能低，反应活性低等特点，导致化学镀金属难以直接在纤维表面沉积，且纤维与金属镀层结合力差，金属镀层容易脱落，从而影响纤维的导电性和耐久性。因此，必须对芳纶纤维进行表面改性，找出最佳的改性工艺条件，在保证纤维的本体强度不受损失的前提下，提高纤维的表面粗糙程度，增大纤维表面积与表面活性，以增加纤维与金属镀层的结合力和粘结性，提高纤维的导电性。 在芳纶纤维表面镀覆导电金属，使纤维表面金属化，可使其具有消除静电、导电、电磁屏蔽的功能，而且具有比金属线质轻、柔软的特点。本文通过对芳纶纤维的表面预处理，采用化学镀的方法，分别制备了导电性能良好的镍-铜复合镀层和银镀层的导电芳纶纤维，并对其性能进行了研究。 [1] 梁晶晶. 导电芳纶纤维的制备与性能研究[D].上海大学,2013.
关于芳纶纤维改性和芳纶纤维增强复合材料用树脂 基体的研究 摘要:芳纶纤维与各种树脂制成高性能复合材料广泛应用于航天、国防、汽车等行业，由于芳纶纤维具有高结晶度、表面化学活性基团少等缺点，使复合材料出现层间剪切强度、横向拉伸强度等性能较低等缺点，限制了复合材料性能的发挥及其应用领域的推广。芳纶纤维复合材料研究，集中在对芳纶纤维表面进行物理的、化学方面的改性处理以及合适树脂基体的选择。本文对这两个方面进行了总结，并提出了相关展望。 关键词:芳纶纤维复合材料改性树脂基体 1前言 1.1芳纶的定义 芳纶是一种高科技纤维,它的全称为“芳香族聚酰胺纤维”,它具有优良的力学性能,理想的机械性质和稳定的化学性质理想的机械性质。由芳香环和酰胺键构成了聚合物大分子的主链,且其中至少86%的酰胺基直接键合在芳香环上,每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接与芳香环中的碳原子相连接并置换其中的一个氢原子,我国将其定名为芳纶。它包括全芳族聚酰胺纤维和杂环芳族聚酰胺纤维2大类,全芳族聚酰胺纤维主要包括对位的聚对苯二甲酰对苯二胺和聚对苯甲酰胺纤维、间位的聚间苯二甲酰间苯二胺和聚间苯甲酰胺纤维、共聚芳酰胺纤维以及如引入折叠基、巨型侧基的其它芳族聚酰胺纤维;杂环芳族聚酰胺纤维是指含有氮、氧、硫等杂质原子的二胺和二酰氯缩聚而成的芳论,如有序结构的杂环聚酯胺纤维等。由于聚对苯二甲酰对苯二胺（对位芳纶，其产品有Kevlar，Twaron，国产芳纶II）是中国市场上应用最广的芳纶，本文中芳纶均指对位芳纶。 1.2芳纶纤维的应用 纤维增强树脂基复合材料因有比强度高、比模量大、比重小等特点,而得到广泛应用。先进复合材料的增强材料有碳纤维、硼纤维、超高分子量聚乙烯纤维和芳纶纤维。芳纶纤维具有模量高、强度大以及耐热性和化学稳定性等特点,与金属和碳纤维相比,具有更低的介电常数[1],芳纶纤维与各种树脂制成高性能复合材料广泛应用于航天航空、电子信息等领域,
纤维增强复合材料加固混凝土结构基本力学性能和长期受力性能研究共3 篇 纤维增强复合材料加固混凝土结构基本力学性能和长期受力性能研究 1 传统的混凝土结构在使用过程中会出现裂缝、变形等问题，降低了结 构的承载能力和使用寿命。为了加强和修复这些受损的混凝土结构， 通常采用纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer，FRP）加固 技术。 纤维增强复合材料是一种由纤维与基体材料复合而成的材料，具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳等优点，在工程结构的加固中得到了广泛 的应用。FRP加固技术将FRP片、FRP筋等材料加在混凝土结构受力位置，使得受损的混凝土结构得到了加固和修复，提高了结构的抗震性 能和使用寿命。 然而，在进行FRP加固时，需要考虑的问题很多，如FRP加固材料的 选择、加固方式的选择、加固数量、加固长度、加固局部施加程度等 问题。因此，在进行FRP加固之前，需要进行充分的基础试验和计算 分析，为实际施工提供科学依据。 FRP加固混凝土结构的基本力学性能可以通过多种试验进行研究，如拉伸试验、弯曲试验、剪切试验、压缩试验等。拉伸试验是最基本的一 种试验方法，能够测定FRP加固材料的抗拉强度、弹性模量、玻璃化 温度、断裂伸长率等基本性能。弯曲试验能够模拟混凝土结构在受外 力作用下的变形情况，测定FRP加固后结构的抗弯承载力、变形性能等。剪切试验主要用于测定FRP加固结构在受剪切作用下的抗剪强度、
剪切模量等性能。压缩试验用于研究FRP加固结构在受压作用下的抗 压试验、变形性能等。通过这些试验，可以评估FRP加固材料的力学 性能，为混凝土结构的加固提供科学的依据。 FRP加固混凝土结构的长期受力性能也是需要研究的重要问题。长期受力下，FRP加固结构的性能有可能发生变化，如水解、脱粘等问题，影响加固效果。因此，在进行FRP加固混凝土结构时，需要进行长期的 试验研究，以确定FRP加固的可靠性和耐久性。 长期受力下的FRP加固混凝土结构的性能研究可以采取多种试验方法。例如，可以采用静荷载试验和循环荷载试验来研究结构的长期受力性能。静荷载试验能够模拟结构在静止状态下所受工作荷载的程度和形式，考察结构的长期变形规律、变形速率、变形稳定性等问题。循环 荷载试验能够模拟结构在地震等周期性荷载下的耐久性能，考察结构 的疲劳寿命、疲劳极限、性能保持性等问题。 总之，FRP加固混凝土结构的力学性能和长期受力性能的研究都是非常重要的，需要进行深入的试验和研究。在实践中，可以根据实际情况 选择不同的试验方法和加固方案，以确保FRP加固混凝土结构的效果 和可靠性。 纤维增强复合材料加固混凝土结构基本力学性能和长期受力性能研究 2 一、引言 随着工程建设的不断发展，混凝土结构已经成为了我们生活中不可或 缺的一部分。然而，在长期的使用中，混凝土结构会出现不同程度的 老化、开裂、变形等现象，这些问题的出现不仅会降低结构的安全性 和稳定性，也会导致混凝土结构的寿命缩短。因此，在混凝土结构维 修和加固方面，一直受到广泛关注。近年来，随着纤维增强复合材料 的快速发展，其在混凝土结构加固中的应用也越来越受到重视。
纤维增强复合材料的界面粘结性能研究 纤维增强复合材料是一种结构优良、性能出色的材料，广泛应用于航空航天、汽车工程、建筑结构等领域。而复合材料的界面粘结性能则是其性能优越性的关键之一。在本文中，我们将探讨纤维增强复合材料界面粘结性能的研究成果，并分析其对材料性能的影响。 1. 界面粘结性能的意义 纤维增强复合材料是由纤维和基体构成的复合材料，纤维在复合材料中起到增强效果，而基体则负责传递载荷。界面粘结性能决定了纤维与基体之间的协同工作程度，直接影响到材料的力学性能和使用寿命。良好的界面粘结性能能够提高材料的力学性能、抗疲劳和润湿性，而密度、界面能、纤维含量等因素会对界面粘结强度产生影响。 2. 界面粘结性能测试方法 目前，界面粘结性能的测试方法主要包括力学试验和物理化学试验两类。力学试验包括剪切试验、剥离试验和拉伸试验等，通过测量材料在不同外力作用下的界面失效行为来评估界面粘结性能。物理化学试验则包括表面能测量法、接触角测量法和引入活性分子等方法，用于检测材料表面的化学性质和界面结构。 3. 影响界面粘结性能的因素 界面粘结性能的好坏受到多个因素的影响。首先是基体-纤维界面的形态、表面性质和化学成分。不同基体和纤维的界面形态和化学成分差异较大，会影响到界面的湿润性和结合力。其次是加工工艺因素，如纤维渗透处理、胶粘剂选择和固化工艺，都能对界面粘结性能产生影响。此外，材料的使用环境和条件也会影响界面粘结性能。例如，温度变化、湿度和腐蚀等因素都可能对界面产生破坏。 4. 提高界面粘结性能的方法
为了提高纤维增强复合材料的界面粘结性能，研究者采取了多种方法。一种常用的方法是表面改性，通过在纤维和基体表面引入粘接剂、活性分子或聚合物等改性剂，以增加界面的结合能力。另一种方法是优化加工工艺，如改变纤维的渗透处理条件、优化胶粘剂的固化工艺等，以提高界面的物理和化学结合能力。此外，选择合适的纤维和基体组合也是提高界面粘结性能的关键。 5. 发展趋势与应用前景 随着科学技术的不断发展，对纤维增强复合材料界面粘结性能的研究也在不断深入。未来，通过对界面结构和界面粘结机理的深入研究，有望实现对界面粘结行为的精确控制和量化评估。此外，界面粘结性能的提高将进一步推动纤维增强复合材料在航空航天、汽车工程、建筑结构等领域的应用，为我们的生活带来更多的便利和创新。 总结起来，纤维增强复合材料的界面粘结性能是影响材料性能和使用寿命的重要因素。通过探索测试方法、分析影响因素和研究改进方法，我们可以提高界面粘结性能，进而推动纤维增强复合材料在各个领域的广泛应用。这将对于推动科技进步、经济发展和社会进步产生积极的促进作用。我们对纤维增强复合材料界面粘结性能的研究充满期待，相信未来将有更多的突破和创新。
复合材料的掺杂改性及其性能研究 复合材料是由两种或多种不同的材料混合而成，相比于单一材料具有更优异的性能。然而，为了进一步提高复合材料的性能，科学家们不断探索新的掺杂方法来改性。本文将介绍目前常见的复合材料掺杂改性方法，并重点探讨各种掺杂方式对复合材料性能的影响。 一、纳米颗粒掺杂 纳米颗粒是直径在1到100纳米之间的微小颗粒，它们的表面积大，表面活性强，因此能够在很小的添加量下改善材料的性能。许多研究表明，将纳米颗粒掺杂到复合材料中可以显著提高其硬度、拉伸强度、屈服强度等性能指标。此外，纳米颗粒还可以提高复合材料的阻燃性和耐磨性，增强其电学和热学性能。 二、碳纳米管掺杂 碳纳米管是由碳原子组成的管状结构，在直径和长度上都可以调节。和纳米颗粒类似，将碳纳米管掺杂到复合材料中也可以显著提高其力学性质。一方面，纳米管可以增加复合材料的刚度和强度，另一方面，如果纳米管的添加量足够大，还可以将复合材料的重量降低50%以上。 三、石墨烯掺杂 石墨烯是一种由碳原子组成的单层薄膜，厚度仅为单个原子层，因此具有极高的比表面积和力学性能。将石墨烯掺杂到复合材料中可以极大地提高其力学性能和热学性能。例如，研究表明将石墨烯掺杂到聚合物基复合材料中可以使其拉伸强度提高60%以上。 四、陶瓷纤维掺杂
陶瓷纤维是由陶瓷材料制成的细长纤维，其强度和硬度在所有纤维材料中都属于较高水平。因此，将陶瓷纤维掺杂到复合材料中可以显著提高其力学性能和抗热性能。在高温环境下，陶瓷纤维掺杂的复合材料可以保持良好的力学性能。 总的来说，复合材料的掺杂改性已经成为了极为重要的研究领域。不同的掺杂方式对提高复合材料性能具有不同的效果，科学家们需要根据实际需求来选择最合适的掺杂方式。未来，我们可以期待更多实用、高性能的复合材料在各种领域得到广泛应用。
纤维增强复合材料的水热老化性能研究 纤维增强复合材料在现代工程领域中的应用越来越广泛，对其性能的研究也逐 渐深入。其中，水热老化是纤维增强复合材料在实际使用中需要考虑的主要问题之一。本文将探讨纤维增强复合材料的水热老化性能研究，以及相关的加工和改进方法。 首先，让我们来了解一下水热老化对纤维增强复合材料的影响。水热老化是指 纤维增强复合材料在潮湿或高温高湿环境下的性能衰退。在这种环境下，水分或湿气会渗透进复合材料中，导致纤维与基体界面的附着力减弱，甚至可能破坏纤维的结构。此外，水热老化还会引起复合材料的物理性能和化学性能的变化，如强度、刚度、热稳定性等的下降。因此，研究纤维增强复合材料的水热老化性能对于提高其使用性能和寿命具有重要意义。 针对纤维增强复合材料的水热老化性能研究，一个重要的方面是研究纤维与基 体界面的粘接强度。改善纤维与基体界面的附着力可以有效地提高复合材料的耐水热老化性能。一种常用的方法是在纤维和基体接触面上引入化学交联剂，以增加纤维与基体之间的化学键连接。此外，通过表面处理来增加纤维与基体之间的机械锁定也是一种有效的方法。这些改进策略可以提高纤维与基体的结合强度，从而提升纤维增强复合材料的水热老化性能。 除了界面粘接强度的研究，还有一些其他方面的水热老化性能研究也是非常重 要的。例如，研究纤维增强复合材料的水热老化对其物理性能的影响。这包括强度、刚度、断裂韧性等方面的变化。通过实验测试和数值模拟等手段，可以确定复合材料在水热老化条件下的性能变化规律，为工程设计提供依据。此外，还可以对复合材料进行不同的水热老化处理，比较其性能的差异，以寻找出最佳的使用条件和工艺。 总结起来，纤维增强复合材料的水热老化性能研究是一项重要的课题。通过研 究纤维与基体界面的粘接强度、物理性能的变化以及加工和改进方法，可以提高纤
锂离子电池正极材料的磷酸盐包覆改性研究进展 锂离子电池是一种广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和储能系统中的重要能源存储技术。正极材料是锂离子电池中最关键的部分之一，其性能直接影响着电池的容量、循环寿命和安全性。磷酸盐包覆改性作为一种常用的改进策略之一，在提高正极材料的电化学性能方面具有重要的研究价值。 磷酸盐包覆改性是指在锂离子电池正极材料颗粒表面覆盖一层磷酸盐材料，以增强正极材料的电化学性能。在包覆改性过程中，磷酸盐通常是以溶液形式喷涂到正极材料颗粒表面，然后通过热处理将磷酸盐转化为稳定的磷酸盐材料层。磷酸盐包覆改性可以改善正极材料的电化学性能，同时提高电池的容量、循环寿命和安全性。 磷酸盐包覆改性主要包括热处理法、湿化学法和溶液法等不同的制备方法。热处理法是目前研究最多的一种方法，通过高温处理，可以使磷酸盐材料均匀地包裹在正极材料的表面。湿化学法是一种较为简单的制备方法，通过将磷酸盐溶液喷涂到正极材料表面，并通过干燥和热处理将磷酸盐转化为稳定的磷酸盐材料层。溶液法则是将磷酸盐溶液浸渍到正极材料中，然后通过热处理将磷酸盐包覆在正极材料颗粒的表面。 磷酸盐包覆改性可以改善正极材料的结构稳定性和导电性能。首先，磷酸盐材料可以在正极材料颗粒表面形成一层均匀的包覆层，有效保护正极材料的晶体结构，减少电池循环过程中的结构变化，从而提高电池的循环寿命。其次，磷酸盐包覆层可以提供额外的锂离子传导路径，增强正极材料的导电性能，提
高电池的容量和功率输出。此外，磷酸盐材料还能吸收和稳定金属离子，如钴、镍和锰等，有效减少正极材料的金属溶解和电解液中的锂离子损失，从而改善电池的循环寿命和安全性能。 近年来，对磷酸盐包覆改性材料的研究主要集中在改进包覆方法、改进包覆层的结构和制备新型磷酸盐材料等方面。一方面，研究人员通过控制包覆条件、溶液成分和热处理参数等来改进包覆方法，以提高包覆层的质量和稳定性。另一方面，通过结构优化和新材料设计，研究人员致力于开发具有更好电化学性能的磷酸盐包覆层。例如，使用导电高分子材料包覆正极材料，不仅可以提高电极材料的导电性能，还可以增加锂离子传导路径，从而提高电池的能量密度和功率密度。 此外，磷酸盐包覆改性还可以与其他改进策略相结合，如表面涂层、界面工程等，以进一步提高锂离子电池的性能。例如，将磷酸盐包覆层与纳米颗粒涂层结合起来，可以有效提高正极材料的循环寿命和功率输出。此外，通过调控正极材料和电解液之间的界面结构，可以减少电解液的析解和电池的容量衰减。 综上所述，磷酸盐包覆改性是一种重要的提高锂离子电池正极材料电化学性能的方法。研究人员通过改进包覆方法、优化包覆层结构以及制备新型磷酸盐材料等，不断推动磷酸盐包覆改性技术的发展。相信在不久的将来，磷酸盐包覆改性将会在锂离子电池领域发挥更为重要的作用，为锂离子电池的性能提升和应用拓展提供新的方向和思路。锂离子电池是目前最为常见和广泛应用的电池类型之一，广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、储能系统等领域。锂离子电池的核心部分是正极材料、