芳纶纤维纬平针织物增强聚酰胺复合材料简述

芳纶纤维纬平针织物增强聚酰胺复合材料的制备和机械性能O.A.Khondker*,T.Fukui,M.Inoda,A.Nakai,H.Hamada摘要：纤维/基体界面的结合形态对复合材料的整个机械性能有着十分重要的影响。为了生产出具有更高粘着性能的由完全可循环利用纤维增强的复合材料，聚乙烯和聚乙烯材料被预先用作单一高分子的复合材料原料。在本文，另一种单一高分子复合材料原料被定义为“整体”复合材料。选用聚酰胺材料与芳纶纤维结合以便获得更好的界面粘结。纬编技术在芳纶纤维尼龙复合材料生产中被用作增强体。芳纶纤维环氧树脂针织复合材料也被制备以便和芳纶纤维尼龙热塑性复合材料进行比较。芳纶纤维尼龙复合材料和芳纶纤维环氧树脂复合材料的机械性能以及它们和纤维基体界面粘着性的关系及相互影响已经被研究。随着处理时间的增加，芳纶纤维尼龙复合材料的拉伸模量和强度分别增加和减少。另外，扫描电子显微镜观察清晰地表明，形成时间越长，纤维和基体之间的粘着性越强。虽然与芳纶纤维环氧树脂复合材料相比芳纶纤维尼龙针织复合材料在纵行方向强度较低，但是它们在横列方向上的强度性能有可比性。在芳纶纤维尼龙复合材料中，随着处理时间的加长，拉伸模量呈现上升趋势时，而拉伸强度却明显下降。这表明，可在一个合适的形成条件获得最佳拉伸性能。芳纶纤维尼龙针织复合材料相对芳纶纤维环氧树脂复合材料界面粘结性更好，后者纤维基体松解。关键词：A.芳纶纤维；B.纤维/基体;E.针织；整体复合材料引言在酸性条件、高温暴晒等恶劣环境侵蚀下热固性复合材料表现出比热塑性材料寿命更长，稳定性更强的特性。为了研究这些材料的持久性，首先要研究获得详细的实验数据。科技进步带来了一些挑战，保护环境便是其中之一。制造复合材料时，热固性基体遭有一些环保争论，因为他它们不能重复利用或循环使用。不可循环利用材料能对环境产生多种影响。近几年来，越来越多的使用热塑性基体来制造纤维增强复合材料，高极限应变、形成时间短、可循环利用和可重新熔化成形是其中一些因素。无机纤维和有机基体结合能产生高性能复合材料，如CFRP(碳纤维增强塑料)、GFRP(玻璃纤维增强复合材料)。然而，非同类材料由于性能完全不同基本上难以粘着。无机增强体如玻璃纤维和碳纤维的使用，使得热塑性复合材料难以循环利用。最近几年，一些研究者准备用同种材料组成的增强体和基体来制备几种新的复合材料。Maron和他的团队被认为是最早把ＰＥ／ＰＥ和芳纶纤维／锦纶６６作为“整体”复合料进行广泛研究的人。为了避免由于纤维/基体粘合性差造成物质恶化，也为了获得更好的界面性、热性机械性、经济性和生态环保性，人们提出了无界面复合材料的概念。不同增强体和基体构成的同种材料的复合材料显示出更高的界面强度。这些材料可被定义为整体复合材料，它们由于纤维基体界面的粘着性强而几乎没有粘着性能的化学分离现象。最近研究者把聚乙烯和聚丙烯材料作为单一高分子复合材料研究，报告指出这些材料的界面粘着性能获了提高。聚酰胺材料也被选来与芳纶纤维结合使得整体复合材料种类增加。单一PE/PE复合材料的形成条件和拉伸性能，以及它们和界面性能的关系被人研究。聚乙烯纤维纬平针织物用来生产PE/PE复合材料薄而匀称加工条件，它对机械性能的影响也被研究。有一个合适的形成条件可使得生产的复合材料具有更好的拉伸和弯曲性能。PP/PP复合材料界面也被研究，纤维基体界面的穿晶结构形态增强了PP/PP复合材料的机械性能。正是纤维基体界面高度一的穿晶粒存在，聚丙烯短纤维增强的聚丙烯复合材料界面结合明显更加有效。用于编织的聚丙烯胶带和纤维的机械性能和形态以及它们对热压缩的影响已经被研究。形态研究表明聚乙烯和聚丙烯单一高分子复合材料是可以制备的，这些复合材料符合完全可循环利用工程复合材料的要求。微型复合材料芳纶纤维/锦纶66界面的穿晶结构已经被用动态的机械热分析研究，增强体和横晶粒形态松弛所需要的催化能量也更多。横晶粒对芳纶纤维和碳纤维增强的锦纶66复合材料性能的影响归结于它更好的弹性机械性能。研究也表明单一芳纶纤维锦纶66复合材料在纵向性能的提高反而取决于横晶粒层的厚度。电介质光谱学被用来研究横晶粒对芳纶纤维锦纶66微型复合材料分子动态的影响。电介质光谱学对PE/PE复合材料复杂松解的分析证实被处理纤维可以极生产有序横晶粒。由于聚合物材料和性能的多样化横晶粒的影响还没有结论。只有更详细地研究横晶粒界面的具体影响才能下一般性的结论。在过去的几十年传统纺织制造技术如机织、编带、针织较多地采用来生产网状或接近网状预制件。先进纺织增强材料具有纺织结构的三维特性，任何一点纤维都可以在一个平面。纺织复合材料创造了大量的生产机会，其技术应用在航空、国内工程结构以及造船业、型运输工业，因为它们能生产可靠又价廉的高质量更耐冲击和不易分离的复合材料结构和配件。编带材料可以让复杂形状形成褶裥而不起皱，然而传统衣服和胶布材料要经过裁剪才能形成工字型、T型、圆形和方通、非常规截面的全硬面板和环形。接近网状的针织预制件和它们的良好成形性能够减少材料浪费和生产时间，使得制造成本降低。针织在一些应用中呈现出很好的特性，如那些要求能量吸收强、良好抗冲击性，以及结构复杂和要求预成形能力。在本文，采用纬编技术来生产芳纶纤维材料的纬平针纺织品。对一些能用来生产具有多种纤维适应性的结构预制件和等厚纤维增强体的纤维来说，针织是一种快速、持续和十分通用的成形方法。通过结合薄膜层和压缩成形技术，锦纶6薄膜可用来制备芳纶纤维尼龙针织复合材料。由不同形状同种材料（相似酰胺结合）组成的芳纶纤维复合材料如纤维基体材料具有较高粘着性能。芳纶纤维环氧树脂复合材料同样被生产，以便用来和芳纶纤维尼龙复合材料比较机械性能及其它们和纤维基体界面粘着性的关系。2.实验研究灭2.浮1.勤原料喉在这蓄一研退究中辣，芳脊纶纤桥维（俩东丽版杜么邦，准凯芙宜拉2优9,伙15须00碑丹尼激尔）输和尼耀龙薄考膜（蜂东丽离杜声邦）志分别束被用幼作增崖强体未和基医体。趴而纬泥平针豪织物耕是由歪（日女本）横京都腹技术锋协会斩用芳响纶纤看维制伍造的炭。屠芳纶墙纤维呈尼龙苏针织轧复合菜材料独是结童合薄薄膜分或层技怎术和挪热压取缩形宿成技惯术制明造。闲通常动都纱把芳逗纶纤那维置腿于高择温环录境中帖随时培间变羊化来石观察虽其性粘能半。用废同轴社纤维同束拉忌伸试鼓验来垫研究艺境温然度对虹芳纶贱纤维乖弹性疗模量谣和最浊高弹探性强小度的奴影响败。纤爹维束卵在两虎个2给90油℃管的金瞧属盘纹之间浙分别秆加热拘5分蛮钟、减10慕分钟成、2缎0分凶钟、晚40滔分钟崇，时委间再落长无览法测饭试。圾图1经a,项b显祥示芳扭纶纤萄维束骄弹性垦模量得和最料高强邪度岁说热暴游露时侧间变策化的元影响该。芳绩纶纤齐维束旅的弹从性模喊量随易热暴观露时秆间变锦化几夕乎保娱持不园变。替可是仅，弹姐性强券度随裂热暴炊露时逆间增泛加较告大程仆度的粪降低门。当刮加热徐到4代0分纠钟时胆，原馅来的丑芳纶命纤维虫弹性胃强度怜几乎进降低鉴了3未2％前。这篇被认脚为是颗分子佛链形施态可损能在遭高温妻下已竟经改秃变。计图2盏.a织是一导张典企型纬塑平针名结构胀的图弯像。尼纬平抱针结拐构的膜线圈宋一个同单元活体有串多种仿结构辽类型落，主掀要包相括四畅个部渡分：船针编柄弧、则纤维坝结合抓处、炸圈柱虽、树聪脂聚泳集处凶，如跌图2蛾.b原所示脏。蜡2.绵2雀芳纶悄纤维押尼龙皮和芳检纶纤币维环府氧树沉脂针搏织复霉合材尤料的梨制备身和测温试方这法疾以每汇分钟哲加热贿10艳℃素的速映度对挥不同谈的尼痕龙薄帝膜进适行扫降描量负热追具踪得变到其加熔点日为2跃17乌℃确。因瓣此，屑用稍剪高于穴尼龙厉薄膜蹄熔点晶的2晌40饶℃歌的温长度来学形成叠复合勇材料甚。在耻这一观形成索温度零，尼笼龙薄床膜完蜡全熔省化并吊且成咱为容未易完挺全湿颜透增辅强芳钳纶纤此维的扬增强腹复合别材料导基体院。获朱得更智好浸则渍一奏个重安要的脚加工逐参数约是形冤成时蹄间。怎在一债个更拍短的用形成售时间色里，渣基体翠树脂片似乎讲不能报完全意浸透蔽纤维块束。泳但是瞧，时披间长写点基老体渗蛇入纤周维束盲的能各力明插显提陶高。停用薄截膜层创的方野法，蛾把两励个金蔬属盘羞预热杯到1妻00插℃喜，把火一层井芳纶获纤维闪针织绑物和散尼龙燃薄膜俩放到才两个狡热金尽属盘闪之间男。把闹金属锄盘温凶度加继到2墙40腥℃古，清是采恰用等付温升从温至起指定劳的2否40遣℃哪的形办成温登度。撑为了员获得仁更高捞透明姥度，槐应缓告慢自亿然的鱼冷却亭。最及终复浅合材剩料得蝶线圈剪密度精（纵矛密和圣横密经）眼测得关分别证为马4剩横列臭/逝CM拾和畅内的捞线圈全数和促5胜纵向泊/者CM年。谣芳纶羊纤维亮尼龙蜻针织骂复合乳材料令纤维米体积仗分数院接近伤24朗％拜。是鼻采用践纤维浅的面依积重覆量来背计算伞针织包复合瓜材料扭的体另积分趴数的奔。速如图嚷12较所示息，典衡型的毁扫描卵电子斑显微送镜图树片比亩较了活芳纶苍纤维列尼龙雄和芳闲纶纤馒维复室合材施料两捕者的句纤维止基体逝界面客的粘即着性薄能。峡证实扔了芳面纶纤战维环恳氧树威脂复数合材蹈料纤心维基枪体界惯面分同裂，辉而芳全纶纤深维尼傅龙复换合材冬料则侮没有按这种妥现象碍。婚这些磁结果诱表明战，芳坝纶纤呜维尼羞龙复亦合材您料相突对芳阁纶纤瞎维环因氧树社脂复舍合材浩料具按有更雀好的冈界面房粘着刺性能僵。并结束岩语删在这失一研其究中粥，芳汪纶纤浮维尼娃龙针防织复左合材闷料作祖为书“孙整体讲”有复合扁材料亮，是书在不课同的堂形成涌时间押中制储备的关。芳约纶纤止维环陕氧树任脂针们织复喝合材昼料也侍在同寸样条的件下待制备升以和香它进肃行比激较。虚也对吐两者相的机舅械性燥能进责行的摔研究脏。增融强芳亩纶纤禾维的点拉伸捷强度睡随着困热曝膜露时葬间的亚增加番而较坐大的谷下降畅，然票而，浪热暴嘱露时卵间对献芳纶镜纤维蛮的拉伪伸模泥量几皱乎没瞧影响渐。芳恨纶纤槽维尼根龙针匆织复趣合材口料拉盼伸模改量和森强度蓝随着深热暴婶露时腔间的极增加凝分别红增加谁和降荐低。耳结果泊表明脚，可盯在一印个合爪适的避形成歉条件拆下获肢得最敲佳拉逮伸性达能。渡扫描严电子逃显微穴镜观芹察清有晰表垫明，壶形成增时间通越长蹲，纤紧维和晴集体盛的粘嫩结越抚强。演酬虽然娱与芳阿纶纤供维环靠氧树妄脂复命合材嫩料相图比芳俯纶纤出维尼刻龙针很织复辽合材怜料在尚纵行眠方向旁强度己较低诱，但缓是它鲜们在全横列柏方向穴上的今强度猛性能摆有可典比性梁。与揪芳纶钳纤维腾环氧够树脂返复合然材料赛相比衣，芳奉纶纤辟维尼撞龙针誉织复磁合材日料机赴械性遗能的顽各向朵异性西较小蛇，后桌者也误呈现纠出相嚼对较谁好的压界面俘粘结园性能除。联参考狭文献穴：惧[碰1]叙F赴uk墙ui未T秒,丢Ts麻uj叨ii退T眨,定Na命ka岁i竿A,适H块am舌ad波a索H.获F谈ab腥ri育ca为ti糟on碎a缴nd械m亲ec挠ha冻ni非ca缎l逼pr连op咬er条ti桐es粪o喉f贫un蝶id当ir锹ec侦ti羡on黎al经P腿E/赔PE瘦c鸦om航po之si秧te笨s.崖J位S符oc辈M快at宋er燃S傻ci依2密00芝2;悬51缴:1恳32死3–寸8.料[2装]星F芬uk糟ui有T黎,钢In殿od元a渠M,茧H彼am译ad渐a退H.敬F茎ab世ri闲ca盯ti怎on阔a迅nd尚m芦ec毒ha谱ni晶ca兵l牲pr逆op万er府ti牧es谣of工P偷E/耳PE连k阻ni糕tt驱ed虎f背ab椒ri娃c卫co古mp仇os萝it晨es慢.蚀J误Jp绘n廉So权c聪Po起ly吐m狗Pr刃oc疾es恋s纺20泄01歪;1芦3:案64艇1–丸8.垒[3酷]缘Ki彩ta垦ya欠ma亚T严,挑Is谨hi生ku午ra若K弃,谣Fu臭ku缝i扰T,热H棉am棍ad阁a勿H.倘I怕nt管er夕fa廉ci量al错p更ro殿pe领rt墙ie吓s井of素PP帮/P苦P傍co基mp莫os榆it冰es片.摘Sc遗i坐En抓gn旗g哨Co讲mp掠os盏M舍at画er都2繁00弱0;棋9:伪67责–7朝3.锈[4录]丽St茶e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