芳纶纤维增强PPS复合材料耐水性能的研究

乡一　

芳纶纤维增强ＰＰＳ复合材料耐水性能的研究　

Ｉｒ　张爱波　雷渭缓　张守阳　１—。　五　业大军　ｊ　■＿西安７１００＂７２）　丁　多　

文摘利用芳纶纤维对ＰＰ￥复合材料进行增强改性。利用化学处理方法在纤维表面引入环氧基，以　改善纤维与基体间的界面·ｌｉｔｉ￣，。结果表明：在相同纤维含量下，纤维长度增加可减少应力集中，有利于力学　

性能提高。纤维表面接枝环氧基团后，复合材料界面性能提高，水难以沿界面渗入，从而使得在同一条件下　

柏　颦　巡　关键词　聚苯硫醚，界面特性，耐水　玉　／　Ｅ　丫　ｔ－————＿－、————一～　／＾　ｌ　’‘ｌ　Ｉ　摊　

Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ａｒａｍｉｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ＰＰＳ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　

Ｚｈａｎｇ　Ａｉｂｏ　Ｌｅｉ　Ｗｅｉｙｕａｎ　ＺＩ１ａｎｇ　Ｓｈｏｕｙａｎｇ　

（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅ　ｎ　Ｄｔ￣ｅｌｎ１．Ｎｏｔｌｌｖ￣ｅｓｔｅｍ　Ｐ　ｅｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓ时）（ｉ’ａｒｔ　７１００７２）　

Ａｌ￣ｔｒａｅｔ　Ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ＰＰＳ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｂｙ　ａｒａｍｉｄ　ｆ＇ｔｂｒｏｓ．Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｌａ￣ａｌｍｅｎｔ　ｏｆ　ｅｐｏｘｙ　ｏｎｆｉｂｒｅ　ｓｕｒｆａｃｅｉｓ　ｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆｉｂｒｅ　ａｎｄｔｈｅ　ＰＰＳ　ｒｏａａｉｘ．Ｉｔｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔ　

ｌｏｎｇｆｉｂｅｒｓｃｏｕｌｄ　ｒｅｄｕｃｅ吼麟ｃｏｒｔｃｅｒｔｔｒａｔｌｏｎ　ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐ１０州ｉｅｓ　ｗｉｔｈ　ｓ８ｍｅｆｉｂｅｒ　ｅｏｎｔｅｎｌ，ａｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｉｓ－　ｔａｈｏｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｂｙ　ｅｐｏｘｙ　ｃｈｅｍｉｃａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆｆｉｂｅｒｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｔｈ　ＰＰＳ，Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｐｒｏｐｅｒ￣ｙ．ＷａＥｅｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｐｒｏｐｅｒ￣ｙ　

１引盲　．　聚苯硫醚是６０年代发展起来的一种耐高温热　

塑性树脂，可作为复合材料基体用碳纤维或玻璃纤　

维增强。国内中山大学、四ＪＩ『联合大学等单位已做　了开发研究，本文采用芳纶纤维对ＰＰＳ复合材料进　

行增强改性，以改善树脂的力学性能　。’　。　短芳纶复合材料中，纤维对冲击强度的贡献是　

多方面的：①纤维从基体中断开后拔出．由于摩擦而　

使能量耗散，提高韧性；②纤维可以阻碍裂纹扩展，　

裂纹扩展遇到垂直于裂纹方向的纤维时，可以被纤　

维所终止；③由于芳纶纤维有较高的断裂伸长率，纤　维受冲击后的劈裂都可以吸收冲击能：④纤维末端　

为应力集中区及纤维相互接触的区域将产生应力集　中，使冲击强度降低　Ｊ。　短芳纶纤维增强复合材料中，材料的力学性能　

由基体、纤维以及纤维与基体间的界面特性所决　定Ｌ　。本文通过化学处理方法在纤维表面引入环氧　

基团以改善芳纶纤维与ＰＰＳ间的界面，并研究其对　复合材料耐水性的影响。　

２实验部分　２．１主要原材料　

ＰＰＳ，熔融指数为３０．四川联合大学生产；酚酞　

侧基聚醚酮（ＰⅡ　一ｃ），工业品，端基为　，徐州　

工程塑料厂生产；芳纶１４１４，结构式　

Ｏ　Ｏ　０　０　（ｔ一　ＮＨ＿　ＮＨ一｝　），上　

海树脂研究所生产；乙醇，分析纯，西安化学试剂厂：　环氧氯丙烷，分析纯，西安化学试剂厂。　

收稿日嘲：１９９９—０３—１５　张爱渡，１９６５年出生．阱师，　要从事丙烯酸树脂合成　ｐｉ烯酸酯乳液　聚苯磙醚复☆材料力学性能等研究，Ｉ．作　

宇航材料工艺１９９９年第４期　一

３３　维普资讯 http://www.cqvip.com ２．２主要仪器　

ＦＡＢＩＫ　ＮＲ５８／８０５８型单螺杆挤出机，德国；ＱＭ　

型球磨机，上海第一化工机械厂；高速粉碎机，河南　荥阳文旗机械厂。　

２．３表面接枝环氧基芳纶纤维的制备　

（１）称取一定量的Ｎａｉｌ加入盛有二甲基亚砜的　

烧瓶中．反应温度在６０℃一７０℃之间直至无气体放　

出，得棕色表面处理液。　（２）在３０℃下将干燥过的纤维加入处理液中使　

纤维表面酰胺键钠离子化，时间１０　ｍｉｎ。　

（３）在６０℃下加入环氧氯丙烷（用无水氯化钙　

脱水），０．５　ｈ后停止加热。　（４）用ＨＣＩ的水溶液中和至中性，取出纤维后用　丙酮洗净、干燥。　

（５）将ＰＰＳ、ＰＦＫ—ｃ纤维经球磨、高速粉碎后混　

合均匀。于３２０℃压制１　ｈ后加压８０　ＭＰａ，保温０．５　

ｈ，然后冷却成型。　２．４性能测试　（１）冲击强度测试。用Ｃｈａｒｐｙ式冲击试验机做　

非标准件的冲击强度测试　

（２）拉伸强度测试。用ＵＪｃ—ｌ０拉伸试验机做　

非标准件的拉伸强度测试。　（３）扫描电子显微镜分析　试件冲击断１：３表面　

喷金，在ＡＭＩ￣ＡＹ－－１０００Ｂ型扫描电子显微镜上观察　

拍照。　（４）试件水煮试验　把试件浸在蒸馏水中，密封　加热到ｌ５０℃，保温２４　ｈ后取试件晾干测试其强度。　

３结果与讨论　３．１短芳纶纤维的长度和用量对复合材料性能的　

影响　用短芳纶纤维增强ＰＰＳ共混体系，ＰＰＳ基体是　

连续相，基体中的全部剪应力是以纵向拉应力的方　

式加在纤维上的．由于芳纶纤维非常柔软，可以伸　直、卷曲形式存在于基体中，不同形态的纤维受力不　

同．主要有传递到纤维上的拉应力和纤维与基体界　面上的剪应力，因而只有当纤维长度大于有效长度　

时，才能使纤维承受最大的应力，充分发挥纤维的增　

强作用　图１、图２反映了不同纤维长度和含量对　

复合材料力学性能的影响。　在相同纤维含量下，１０　ｔｏｎｉ纤维末端数少于３　叫盯纤维，因而ｌ０叫盯纤维增强的复合材料中应力　集中少于３　ＨＭ纤维的，在裂纹扩展时，１０　ｔｏｎｉ纤维　增强复合材料中的裂纹遇到纤维的几率大于３　ＨＭ　纤维．裂纹被终止几率大，应力集中点少，因此在同　

含量时ｌ０　ｍｍ纤维复合材料比３　ｒｍ的冲击韧性　

好。　

８０　

霎７０　

６０　辎　螽５０　

４０　

图ｆ纤维含｛　和长度时拉伸强度影响　①纤维Ｋ虞勾３　ｎ　；②纤维Ｋ鹰　１０…　

８　

７　主　遗　署ｓ　凳　４　

图２纤维含射和长度对冲击强度影响　

①纤维｝乇度为３ｍｍ；＠纤维＆度为ｌ０一　

在同一纤维长度下，随着纤维含量的增大，纤维　

从基体中拔出需要的能量增多，因而力学性能也随　

之提高。但是，实验中若纤维含量过高或纤维太长　

会使原料混合困难。　３．２芳纶纤维的表面处理对力学性能的影响　

纤维与基体间的界面性能对复合材料的力学性　能有很重要的影响，改变界面性能则力学性能必然　

会发生改变。为了增强纤维与基体间界面特性，本　实验通过化学处理方法在纤维表面引入环氧基团以　

增强芳纶纤维与ＰＰＳ问的界面特性　。芳纶纤维的　

表面处理化学反应如下。　（１）二甲基亚砜的钠离子化　

宇航材料工艺１９９９年

第４期　维普资讯 http://www.cqvip.com （２）芳纶纤维表面的钠离子化　０　ｌ　Ｏ　

Ｃ　Ｈ１　Ｓ　Ｃ｝ｂ＋ＮａＨ—ＣＨ３ＳＥ　ａ＋　

Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｌ＋：　一Ｌ　№——　

Ｏ　０　Ｏ　№　—　：：　ｗ一　＋：ｃ　ｃ　

Ｏ　（３）纤维表面接人环氧基一ｃ　ｃＨ＿＿　

至７０　

６ｏ　嘣　菱５０　

４０　

３０　一　一　Ｑ、　

№　＋：ｃ－ｃ　ｃ　一　

—ｒ４—　Ｌ＋：　

ＣＨ２　Ｃ　

ＣＨ　ＣＨ　｝　Ｏ　Ｏ　

Ｃ　Ｃ　

１　２　

纤维音量／％　：ｍ　１　２　

２０　４０　纤维含量／％　

（ａ）两种纤维含最表面处理前后计拉伸强度的影响　（ｂ）两种纤维含量表面处理前后时冲击强度的影响　图３两种纤维含　表面处理前后对复台材料力学性能影响关系图　１为奸维未经过处理；２为奸雌经过处理　

纤维经表面处理接上环氧基团后，复合材料界　

面得到增强。为了对比纤维表面处理对复台材料力　学性能的影响，分别作两种纤维含量下，纤维表面处　理前后对复台材料力学性能影响关系直方图，如图　３所示　宇航材料工艺１９９９年第４期　纤维表面接环氧基后制成的复台材料抗拉强度　

稍有提高，而冲击强度却下降，这是因为纤维与基体　问的界面增强后更有利于纤维传递应力．从而有利　于拉伸强度提高。但是界面增强后不利于纤维拔出　界面破坏吸收冲击能量，因而冲击强度下降，因此，　

３５—　８　７　６　５　４　３　

，山．二＼趟暾懵乏　维普资讯 http://www.cqvip.com ７　色　一　

纤维表面处理虽然能增强界面，但对拉伸强度提高　

并不显著。纤维表面不经化学处理就已使复合材料　具有良好的界面　３．３表面处理对复合材料耐高温热水性能的影响　

将接枝环氧基的短纤维复台材料与未作化学处　

理的纤维复合材料试件放人１５０＇Ｅ的热水中密封煮　２４　ｈ后，测试其拉伸强度，试验结果如表Ｉ。　裹１短芳纶复合材料ｌ５０℃水煮２４　ｈ前后的拉伸强度　

ｐＥＫ—Ｃ＋接技　环韫肇的纤维＋　７９·５　４５　５　

＊纤维长为ＩＯｔｌｌｎ！，用链为４０％　

由表Ｉ中数据可发现，芳纶纤维的加入使得复　

台材料耐热水性能降低，这是由于：（Ｉ）纤维表面的　酰胺键本身易与水分子形成氢键，易吸水使水分子　

进入界面，沿界面渗透，减弱了纤维与基体问的界面　

从而使拉伸强度降低；（２）纤维上的酰胺键本身耐水　

性不好，高温水煮后纤维强度会下降。当纤维表面　接枝环氧基团后，由于纤维表面处理后复台材料界　面性能增强，水分子难以沿界面渗入，因而在同一条　

件下水煮后耐高温热水性能提高，拉伸强度保持率　

提高。　

４结论　

（１）纤维与基体问的界面性能对复合材料的力　学性能有很重要的影响。在纤维表面接枝基团后可　以增强芳纶纤维与ＰＰｓ问的界面结合，有利于拉伸　

强度提高，但会使冲击强度下降。　

（２）芳纶纤维的存在会使复合材料耐水性能下　降。纤维表面经接枝环氧基团后，由于复台材料界　

面性能增强，水分子难以沿界面渗入，从而使得在同　条件下耐高温热水性能提高。　

参考文献　

ｌ匡震帮等．材料力学的性能．北京：高等教育出版牡．　Ｉ９９７：３６Ｏ一３８６　２扬晨．曾汉民￣Ｓ／ＰＥＳ共混界而改性的研究．宇航　材料工艺，１９９３￣（３）：ｔ９—２５　３许砚琦等檗苯硫醚及玻璃纤维增强复台材料力学　性能研究．复台材料学报，１９９３；（３）：２９　３４　４　ＥＰ４５８　４６２，ＥＰ７４　６３２　５　Ｓａｎｉａ　Ａｋｈｔａｒ．Ｃｈａｍｔｅｆｉｓｔｉｅ　ｏｆ　ｂｉｒｍｙ　ａｎｄ　ｔｅｔｔｍｒｙ　ｒＩｄ　０ｆ　ｐ０Ｉｙ（ｐ－ｐｌａｅｎｖｌｅｎｅ　ｓｕｌｆｉｄｅ）ｗｉｔｈ　ｐｏｌｙ（ｂ　ｐＩｌｅｍ１　Ａ）ｓｕｌｆｏｎｅ　ａｎｄ　ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｌｍｌｄｅ　Ｐｏｌｙｍｅｒ　ＥＩｌｇｉｎｅｅｆｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９１；３１（２）：８４　

ｐ　ｐ　

高可靠电气连接方法——压接７Ｍ　

压接工艺是在常温下利用专用工具对导线和压接接线端子施以足够压力，使其产生塑性变形，从而达到　

可靠的电气连接。　

压接的原理是：当使用专用压接工具对导线和压接端子施加足够压力时。端子与导线的两种基体金属紧　

密接触，此时压接区域的温度升高，并产生扩散现象，在两个压接零件接触面之间形成合金层，使两个压接零　件牢固结台成为一个整体，形成了可靠的电气连接。　

压接与锡焊相比具有显著的优点：工艺程序少．生产效率高；压接属冷加工，不需电源，不受场地限制；压