為了改善超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維、芳綸纖維增強樹脂基復合材料的界面粘結性能，本文從樹脂基體入手，依據相似相容原理和纖維的結構特點開發(fā)出兩種新型熱固性樹脂—PCH 樹脂和 AFR 樹脂，分別用作 UHMWPE 纖維復合材料和芳綸復合材料的基體，以未經表面處理的纖維作增強材料，采用熱壓成型法制備了 UHMWPE 纖維/PCH 和芳綸/AFR 復合材料，并通過測定接觸角、層間剪切強度(ILSS)、橫向拉伸強度和掃描電鏡觀察形貌等方法研究了復合材料的界面粘結性能。結果表明：UHMWPE 纖維和 PCH 樹脂澆注體的溶度參數相近，PCH 樹脂溶液在 UHMWPE 纖維表面的接觸角為 15.6°，說明對其具有良好的浸潤性；UHMWPE/PCH 復合材料的 ILSS 和單絲拔出強度分別為 42.6MPa 和 21.8MPa，均遠大于 UHMWPE/環(huán)氧樹脂(EP)復合材料的相應強度，掃描電鏡分析也表明 UHMWPE 纖維增強 PCH樹脂基復合材料具有優(yōu)異的界面粘結性能。AFR 樹脂溶液與芳綸纖維的接觸角為 42.8°，而 EP 與芳綸的接觸角為 68°，說明 AFR 樹脂對芳綸的潤濕性優(yōu)于 EP；芳綸/AFR 復合材料的 ILSS、橫向拉伸強度和縱向拉伸強度分別為 74.6MPa、25.3MPa、2256 MPa，比芳綸/EP 復合材料的相應強度分別提高了 28.7%、32.5%和 13.4%，其復合材料破壞面的形貌也說明芳綸與 AFR 樹脂之間的界面粘結性能較好。
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維和芳綸等有機纖維以其高比模量、高比強度、低密度、耐沖擊等優(yōu)異性能在航空航天、軍事等多個領域得到了應用，但由于其結構導致的纖維表面呈現出較大的化學惰性，纖維與樹脂的界面結合能較低，粘附性及浸潤性很差，兩相界面粘結不理想，而載荷又都是通過界面來進行應力傳遞的，導致復合材料的層間剪切強度低，影響了復合材料綜合性能的發(fā)揮，限制了它在復合材料中的廣泛應用。
因此，針對提高UHMWPE纖維和芳綸增強復合材料界面性能的研究是國內外材料界研究的熱點，是纖維增強復合材料應用中迫切需要解決的關鍵科技問題之一。最常使用的技術手段是對纖維的表面進行處理以提高纖維與基體之間的界面粘結強度。常用于有機纖維表面改性的方法主要包括等離子體處理、化學試劑處理、輻射引發(fā)表面接枝處理、電暈放電處理等。纖維經過處理后有的表面粗糙度發(fā)生了變化，有的則被引入了活性基團，有的表面引入一層涂層等，其最終作用都是使纖維表面能發(fā)生變化，改善纖維與基體樹脂之間的粘結性能。國內外研究的有機纖維表面處理方法很多，但真正實際應用的很少。因為不管是化學改性還是物理改性都存在處理工藝復雜、連續(xù)在線處理困難、會對纖維表面結構造成一定程度的損傷、有三廢等問題。批量連續(xù)在線處理和易于實現工業(yè)化特點的處理方法是今后表面改性技術研究和發(fā)展的主要方向。為改變這一情況，我們的研究思路是從樹脂基體入手，依據相似相容原理和纖維的結構特點開發(fā)出兩種具有良好浸潤性的新型熱固性樹脂—PCH樹脂和AFR樹脂，分別用作UHMWPE纖維復合材料和芳綸復合材料的基體，以未經表面處理的纖維作增強材料，采用熱壓成型法制備了性能優(yōu)異的UHMWPE纖維/PCH[1,2]和芳綸/AFR復合材料[3]，并從樹脂溶液與纖維的接觸角、單向復合材料的層間剪切強度、橫向和縱向拉伸性能、破壞斷面形貌等方面來評價樹脂與纖維之間的界面粘結性能。
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高性能有機纖維增強復合材料的界面性能研究.docx
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