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PBO纤维表面处理及对复合材料力学性能的影响 |
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【摘要】：PBO纤维是一种有机高分子纤维,但具有超高强度、超高模量、超高耐热性和阻燃性,可成为复合材料的理想增强体。但是PBO纤维表面活性低,与复合材料树脂基体间的粘合性差,导致复合材料力学性能较差,制约了其在复合材料中的实际应用。因此,有必要对PBO纤维表面进行改性,改善PBO纤维与树脂基体界面结合状况,从而有效提升PBO纤维增强树脂基复合材料的综合力学性能。本文在文献调研的基础上,开展了酸刻蚀处理、伽马射线辐照处理、等离子体处理和偶联剂处理以及组合处理等方法对PBO纤维进行了表面改性研究,重点考察了上述处理方法对PBO纤维表面形貌、本体结构、单丝强度、与聚合物基体相容性等的影响,并对PBO纤维表面改性方法进行了优化,最终确定了优化组合处理方法,即伽马射线辐照处理—PPA刻蚀处理—涂覆偶联剂YDH560处理工艺。本文进一步开展了PBO纤维增强环氧树脂复合材料制备工艺研究。利用树脂溶液浸渍PBO纤维湿法缠绕工艺制备了单向预浸料带,采用模压工艺制备了连续PBO纤维增强的环氧树脂复合材料。考察了组合表面处理工艺对PBO纤维增强环氧树脂复合材料制备工艺性的影响,确定了复合材料制备工艺参数。为考察组合表面处理方法对PBO纤维增强环氧树脂复合材料力学性能的影响规律,本文测试了表面改性前后单向PBO纤维增强环氧树脂复合材料的拉伸性能、层间剪切性能和压缩性能。实验结果表明,PBO纤维增强环氧树脂复合材料的单向拉伸失效模式为纤维/树脂基体界面剪切破坏;表面改性后,复合材料的拉伸强度下降了8%;复合材料短梁剪切试样的断口表明,PBO纤维增强环氧树脂复合材料呈现多层剪切破坏,表面改性后,复合材料层间剪切强度高达43MPa,提高了26%;PBO纤维增强环氧树脂复合材料单向板压缩失效主要呈45°剪切失效,表面改性后,复合材料的压缩强度达到168MPa,提高了17%。上述研究表明,采用组合表面处理方法,PBO纤维增强环氧树脂复合材料界面性能得到较大改善,复合材料的综合力学性能得到明显提升。
【关键词】：PBO纤维 表面改性 环氧树脂复合材料 力学性能 断裂模式
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB332
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