芳纶纤维与树脂基体改性对复合材料剪切性能的影响

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芳纶纤维表面惰性会影响其与树脂间的浸润性能和界面结合强度,因此限制了芳纶纤维复合材料在航空、航天、输电等领域的应用。本文通过纤维表面改性和树脂基体改性技术改善芳纶纤维复合材料剪切性能。采用傅里叶红外光谱、扫描电镜测试和层间剪切强度测试方法对不同改性技术及处理过程对芳纶纤维表面刻蚀的影响机制开展了对比研究。结果表明:乙酸酐化学刻蚀会对芳纶纤维表面基团产生影响且增加表面粗糙度。热氧化刻蚀处理后对表面粗糙度有显著增加,具有明显“沟壑”状。然而,当乙酸酐化学刻蚀处理时间高于6 h、热氧化刻蚀处理时间高于4 min时,复合材料层间剪切性能降低。超声浸渍改性处理后,纤维表面粗糙度有一定增加,纤维表面附着的气体将会排出,超过20 min后改性效果趋于稳定。使用偶联剂改性树脂基体可以增加纤维表面的键合作用,当添加量超过3wt%时,导致复合材料层间剪切性能下降。综上所述, 纤维表面改性具有更显著的改善效果,乙酸酐改性后层间剪切强度最高可达63 MPa,高于树脂基体的改性结果41.3 MPa。