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目前,对于高强度、高模量纤维的复合材料的开发与应用十分广泛。聚对苯撑苯并双嗯唑纤维(Poly-p-phenylene benzobisthiazole,PBO)作为21世纪最富有竞争力的高性能纤维,具有许多优异的性能,与其他几种高性能纤维相比,其密度远远低于碳纤维,强度、模量等力学性能远远高于芳纶和超高分子量聚乙烯纤维,兼具耐热性高和力学性能优异两种特性。但是,赋予它优异性能的分子结构以及结晶结构,同时也使得PBO纤维分子表面非常光滑,分子链上缺少活性基团,化学活性低,从而导致了它也具有与树脂基体的界面粘接性能较差、其复合材料层间剪切强度低的缺点。本文首先对PBO纤维的结构与性能进行了研究,然后通过与其他纤维混杂、电晕处理等处理方式,考察其表面性能改善的情况,并对处理前后对其复合材料的力学性能进行比较研究,以便为扩大其进一步的应用提供重要的依据。
1.本文对PBO纤维的微观结构及其性能进行了研究。研究表明,PBO纤维分子结构有序,有较高的比强度和比模量。
2.对不同配方的环氧树脂进行了研究和筛选。研究显示,环氧树脂配方2的综合力学性能最好,其与PBO纤维的复合材料拉伸强度、拉伸模量以及层间剪切强度均高于其他两个配方的。
3.对PBO纤维增强的环氧树脂复合材料性能进行了研究,其拉伸强度和拉伸模量很高。但由于PBO纤维表面活性低,与环氧树脂的浸润性不好,其复合材料的层间力学性能较低,层间剪切强度只有24.3MPa。
4.对PBO纤维表面性能的改善进行了研究。采用电晕处理可以提高PBO纤维/环氧复合材料的层间剪切强度,但提高幅度有限,最大提高幅度为6.6﹪;偶联剂处理方法的提高幅度为62.3﹪,其中以A187效果最好;采用硫酸处理方法可使PBO纤维/环氧复合材料的层间剪切强度较大幅度提高,但同时使纤维有较大损伤,且反应快、不易控制,还存在残液处理回收问题。
5.对混杂F-12纤维的PBO纤维/环氧树脂复合材料性能进行了研究。研究表明,加入适量的F-12纤维后,混杂纤维/环氧复合材料的层间剪切强度有所提高。但如果加入的F-12纤维量过大,会使混杂纤维/环氧树脂复合材料的拉伸性能降低太多。