一種提高芳綸增強復合材料界面結合強度的方法技術

一種提高芳綸增強復合材料界面結合強度的方法，包括以下步驟：1）對芳綸纖維進行改性；2）將步驟1改性后的芳綸纖維同環氧樹脂進行機械共混，然后將混合粉料放入平板硫化機模具中成型，對預成型坯料進行預塑；3）迅速將溫度升到180～185℃，保持50～60min，使模壓料成型，然后采用隨爐降溫的方式降溫到110℃后將壓力撤掉；4）將步驟3）模壓成型后的復合材料連同模具一起取出，冷卻至室溫，獲得復合材料，工藝方法簡單，制得的復合材料有很好的界面結合強度和優異的力學性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于復合材料界面結合強度
，具體涉及。
技術介紹
芳綸纖維因為具有高強度、高模量、耐腐蝕、耐磨損、較強的韌性及優異的耐熱性能而被廣泛的應用于航空航天等各領域，其中芳綸纖維增強樹脂基復合材料是芳綸纖維的主要應用形式，約占芳綸纖維應用總量的70 80%。但是，由于芳綸纖維表面極性不高，使得其溶解性、耐疲勞性不夠好，耐光性較差，剪切性能差及纖維容易微纖化而劈裂。芳綸纖維的化學惰性和光滑表面導致纖維表面光滑且活性低，不易于樹脂浸潤，導致纖維與樹脂基體界面結合性較差，界面剪切強度較低。這些特征在很大程度上制約了芳綸纖維在復合材料領域中的應用，對纖維表面進行改性后，使其能與樹脂基體形成較好的界面層，從而發揮芳綸纖維在有機纖維中的優勢地位。近年來，人們對芳綸纖維的改性方法有化學接枝、表面涂層等化學方法以及用冷等離子體、Y射線或超聲波等對表面進行的物理方法，但采用以上方法進行改性時存在投資大反應條件高，而且反應設備多，界面結合性差；此外，化學改性等上述各種方法均在不同程度上損傷纖維的表面結構和性能，因此，本專利探討一種物理改性芳綸纖維表面結構的方法。附生 結晶這一術語是1928年由Royer引入的。通常認為附生結晶是一種結晶物質在另一種物質基底上的取向結晶，實際上是一種表面誘導的取向結晶現象。由于基底對附生物質的作用導致其兩者間存在著嚴格取向關系，從而使附生物質產生異乎尋常的形態結構。對給定化學組成的聚合物材料而言，形態結構直接決定材料的性能，特殊的附生取向關系必然導致材料的特異性能。
技術實現思路
為了克服上述現有技術的不足，本專利技術的目的是提供，工藝方法簡單，制得的復合材料有很好的界面結合強度和優異的力學性能。為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是:，包括以下步驟: O對芳綸纖維進行改性，具體作法是:將聚偏氟乙烯PVDF/聚己二酸丁酯PBA/等規聚丙烯1-PP溶液澆鑄薄膜分別加熱到195 205°C /80 100°C /190 200°C保溫10 15min消除熱歷史，隨后將PVDF/PBA/1-PP薄膜以50 60°C /min的速率分別降溫到168 1700C /42 45°C /162 165°C，立即將兩端施加張力并將伸直的芳綸纖維或機織布放置到過冷態聚偏氟乙烯PVDF/聚己二酸丁酯PBA/等規聚丙烯1-PP薄膜表面上并與其緊密接觸；2)將步驟I改性后的芳綸纖維10% 20%同環氧樹脂80% 90%進行機械共混，然后將混合粉料放入平板硫化機模具中成型，先將爐溫升至135 145°C，保持50 60 min,對預成型坯料進行預塑，壓力控制在9 11 MPa ； 3)迅速將溫度升到180 185°C，保持50 60min，使模壓料成型，然后采用隨爐降溫的方式降溫到110°C后將壓力撤掉； 4)將步驟3)模壓成型后的復合材料連同模具一起取出，冷卻至室溫，獲得復合材料。本專利技術的有益效果是: 與現有技術相比，本專利技術結合結晶聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)、聚己二酸丁酯(PBA)、等規聚丙烯(1-PP)能在芳綸短纖維上附生結晶(附生結晶是一種結晶物質在另一種晶體基底上的取向結晶，有利于生成高取向度、高成核密度的柱晶)。采用附生結晶法來改善芳綸纖維的界面性能。前人的研究結果表明，樹脂在纖維表面形成橫穿晶體后，纖維與樹脂的界面結合強度明顯增強。因此，使用附生結晶法在芳綸纖維表面附生一層極性的或者與其它樹脂熱力學相容的聚合物，最終達到改善芳綸纖維表面性能以提高芳綸纖維/環氧樹脂的界面結合強度的目的。根據形成橫穿晶體這一現象，進而將附生結晶后的芳綸纖維采用紅外光譜(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、差示掃描量熱儀(DSC)表征手段研究改性芳綸纖維表面的形態、結構及性能，以驗證纖維表面是否存在這種橫穿晶體以及晶體的結構特性。改性前芳綸纖維為棒狀，改性后的芳綸為附生結晶物質折疊鏈片晶以芳綸為軸心附生生長，從而形成柱狀附生晶體結構，附生體系間存在強的物理作用，從而增強了附生體系間的粘結力，而且柱狀晶體含有強極性的碳氟鍵，有助于增強芳綸纖維與基體的結合力，提高力學性能。最后將改性處理后的芳綸纖維與環氧樹脂復合，進行機械共混，控制芳綸纖維的重量百分比為混合粉料的10 20%，再將混合粉料放入不銹鋼模具中壓制成型，經過高溫燒結從而制備出改性后的芳綸纖維/環氧樹脂復合材料。其中所述的聚偏氟乙烯(PVDF)、聚己二酸丁酯(PBA)、等規聚丙烯(1-PP)原料來源廣泛，本專利技術最大的優點是工藝方法簡單而且成本低，制得的復合材料有很好的力學性能。界面強度高出原來30% 40%的纖維/樹脂復合材料。具體實施例方式下面結合具體實施例對本專利技術作進一步詳細說明。實施例1: ，其特征在于，包括以下步驟: 1)對芳綸纖維進行改性，具體作法是:將聚偏氟乙烯PVDF溶液澆鑄薄膜加熱到195 205°C保溫10 15min消除熱歷史，隨后將聚偏氟乙烯PVDF薄膜以50 60°C /min的速率降溫到168 170°C，立即將兩端施加張力并將伸直的芳綸纖維或機織布放置到過冷態聚偏氟乙烯PVDF薄膜表面上并與其緊密接觸； 2)將步驟I改性后的芳綸纖維10% 20%同環氧樹脂80% 90%進行機械共混，然后將混合粉料放入平板硫化機模具中成型，先將爐溫升至135 145°C，保持50 60min，對預成型坯料進行預塑，壓力控制在9 11 MPa ； 3)迅速將溫度升到180 185°C，保持50 60min，使模壓料成型，然后采用隨爐降溫的方式降溫到110°C后將壓力撤掉；4)將步驟3)模壓成型后的復合材料連同模具一起取出，冷卻至室溫，獲得復合材料。實施例2: ，包括以下步驟: 1)對芳綸纖維進行改性，具體作法是:將聚偏氟乙烯PVDF的溶液澆鑄薄膜加熱到200°C保溫IOmin消除熱歷史，隨后將PVDF薄膜以50°C /min的速率分別降溫到170°C，立即將兩端施加張力并將伸直的芳綸纖維或機織布放置到過冷態PVDF薄膜表面上并與其緊密接觸，在偏光顯微鏡下觀察溫度降低到170°C后的結晶過程和結晶完成后的晶體結構，并對附生結晶后的芳綸短纖維采用紅外光譜(FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、差示掃描量熱儀(DSC)表征手段研究改性芳綸纖維表面的形態、結構及性能； 2)將步驟I改性后的芳綸纖維10%(重量比)同環氧樹脂90% (重量比)進行機械共混，然后將混合粉料放入平板硫化機模具中成型，先將爐溫升至140°C，保持60 min,對預成型坯料進行預塑，壓力控制在10 MPa； 3)迅速將溫度升到185°C，保持60min，使模壓料成型，然后采用隨爐降溫的方式降溫到110°C后將壓力撤掉； 4)將步驟3)模壓成型后的復合材料連同模具一起取出，冷卻至室溫，獲得復合材料。 對制備得到的復合材料進行力學實驗，其拉伸強度可達185 MPa。作為對照，在相同的復合材料組分及復合材料制備工藝下，未改性的芳綸纖維與環氧樹脂復合材料拉伸強度為147 MPa，由此可以看出，改性處理對芳綸復合材料界面強度性能提高明顯。實施例3: ，包括以下步驟: 1)對芳綸纖維進行改性，具體作法是:將聚本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種提高芳綸增強復合材料界面結合強度的方法，其特征在于：1）對芳綸纖維進行改性，具體作法是：將聚偏氟乙烯PVDF/聚己二酸丁酯PBA/等規聚丙烯i?PP溶液澆鑄薄膜分別加熱到195～205℃/80～100℃/190～200℃保溫10～15min消除熱歷史，隨后將聚偏氟乙烯PVDF/聚己二酸丁酯PBA/等規聚丙烯i?PP薄膜以50～60℃/min的速率降溫到168～170℃/42～45℃/162～165℃，立即將兩端施加張力并將伸直的芳綸纖維或機織布放置到過冷態聚偏氟乙烯PVDF/聚己二酸丁酯PBA/等規聚丙烯i?PP薄膜表面上并與其緊密接觸；2）將步驟1改性后的芳綸纖維10%～20%同環氧樹脂80%～90%進行機械共混，然后將混合粉料放入平板硫化機模具中成型，先將爐溫升至135～145℃，保持50～60min，對預成型坯料進行預塑，壓力控制在9～11??MPa；3）迅速將溫度升到180～185℃，保持50～60min，使模壓料成型，然后采用隨爐降溫的方式降溫到110℃后將壓力撤掉；4）將步驟3）模壓成型后的復合材料連同模具一起取出，冷卻至室溫，獲得復合材料。

【技術特征摘要】
1.一種提高芳綸增強復合材料界面結合強度的方法，其特征在于: O對芳綸纖維進行改性，具體作法是:將聚偏氟乙烯PVDF/聚己二酸丁酯PBA/等規聚丙烯1-PP溶液澆鑄薄膜分別加熱到195 205°C /80 100°C /190 200°C保溫10 15min消除熱歷史，隨后將聚偏氟乙烯PVDF/聚己二酸丁酯PBA/等規聚丙烯i_PP薄膜以50 60°C /min的速率降溫到168 170°C /42 45°C /162 165°C，立即將兩端施加張力并將伸直的芳綸纖維或機織布放置到過冷態聚偏氟乙烯PVDF/聚己二酸丁酯PBA/等規聚丙烯1-PP薄膜表面上并與其緊密接觸； 2)將步驟I改性后的芳綸纖維10% 20%同環氧樹脂80% 90%進行機械共混，然后將混合粉料放入平板硫化機模具中成型，先將爐溫升至135 145°C，保持50 60min，對預成型坯料進行預塑，壓力控制在9 11 MPa ； 3)迅速將溫度升到180 185°C，保持50 60min，使模壓料成型，然后采用隨爐降溫的方式降溫到110°C后將壓力撤掉； 4)將步驟3)模壓成型后的復合材料連同模具一起取出，冷卻至室溫，獲得復合材料。2.根據權利要求1所述的一種提高芳綸增強復合材料界面結合強度的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)對芳綸纖維進行改性，具體作法是:將聚偏氟乙烯PVDF溶液澆鑄薄膜加熱到195 205°C保溫10 15min消除熱歷史，隨后將聚偏氟乙烯PVDF薄膜以50 60°C /min的速率降溫到168 170°C，立即將兩端施加張力并將伸直的芳綸纖維或機織布放置到過冷態聚偏氟乙烯PVDF薄膜表面上并與其緊密接觸； 2)將步驟I改性后的芳綸纖維10% 20%同環氧樹脂80% 90%進行機械共混，然后將混合粉料放入平板硫化機模具中成型，先將爐溫升至135 145°C，保持50 60min，對預成型坯料進行預塑，壓力控制在9 11 MPa； 3)迅速將溫度升到180 185°C，保持50 60min，使模壓料成型，然后采用隨爐降溫的方式降溫...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王海軍，趙庭山，王學川，李文舉，馮會平，
申請(專利權)人：陜西科技大學，
類型：發明
國別省市：