芳纶纤维复合材料

绵阳职业技术学院材料系先进复合材料成型工艺芳纶纤维增强的先进复合材料制品目录1芳纶纤维增强的先进复合材料的应用 11.1概况 11.2芳纶品种及性能 11.3芳纶纤维产品形态及复合材料的成型办法 31.4芳纶纤维复合材料的应用 32原材料 52.1聚氨酯树脂 52.2芳纶纤维 73制作工艺 83.1成形办法的选择 83.2芳纶1313 104修补及性能检测 104.1缺点 104.2芳纶表面改性 105参考文献 13先进复合材料成型工艺芳纶纤维增强的先进复合材料制品1芳纶纤维增强的先进复合材料的应用1.1概况现在,先进复合材料的增强材料重要是S高强玻璃纤维非碳纤维和芳纶纤维。前两者介绍文章较多,本文重要针对芳纶复合材料及应用状况作概括介绍。芳纶纤维是芳香族聚酰胺类纤维的通称。它是一种强度高、模量高、低密度、耐折、耐磨性好的人工合成的有机纤维。据理解,现在美国、荷兰、日本、德国、法国和俄罗斯等国都在开发芳纶纤维。我国也进行了这方面研制并获得了一定成绩。美国杜邦公司开发的芳纷纤维,商品名“凯芙拉”(Kvelar)有多个规格出售,年产量已达2t。荷兰阿克苏(AKZO)公司研制的芳纶纤维,商品名“特瓦纶”(Twaron),年产量在5000t以上。日本帝人公司开发的共聚芳纶纤维,商品名“太库诺拉”,年产量为500t以上。德国赫斯特公司(HOECHST)生产芳纶纤维年产量为150t。我国1981年研制成功芳纶I,1985年研制成功芳纶Ⅱ,1994年北京燕山石化公司研究院研制成功溶致液晶全芳香族聚酰胺(PPTA),通过专家鉴定,为此后中石、工业化生产开辟了途径。在世界范畴内,芳纶纤维正以年增加率20%左右的速度发展,并从单一军用向民用转移。芳纶纤维用于汽车及防护用品方面占68%,用于造船业达21%,其它为航空、航天及军用。1.2芳纶品种及性能芳纶纤维,因选择原料的不同及合成工艺不同,又可分为间位芳香族聚酰胺纤维,商品名为“欧梅克斯”(Nomex)对位芳香族聚酰胺纤维,商品名“凯芙拉”（Kevlar)和芳香族聚酰胺共聚纤维,商品名“太库诺拉”等。表1将含有代表性的“凯芙拉”纤维和我国研制的芳纶I、芳纶Ⅱ重要性能列出,同时与S高强玻璃纤维及碳纤维进行比较。从表1中能够发现芳纶纤维密度最小,拉伸强度与S2玻璃纤维和碳纤维靠近,拉伸模量居中。另外,芳纶纤维的热稳定性好,可在180℃下长久使用,短期可耐300℃,对强度无大的影响。在-170℃下也不会变脆,仍保持其性能。芳纶纤维的力学性能在有机纤维中是非常突出的，与无机纤维比也不逊色，芳纶纤维除强酸、强碱外,几乎不受有机溶剂、油类影响。但芳纶纤维对紫外线敏感,若长久暴露在阳光下，其强度会有很大的损失，因此,在使用中应加保护层。表1芳纶纤维重要品种与S高强玻纤、碳纤维性能比较纤维名称密度（g/cm3）拉伸强度（MPa）拉伸模量（MPa）延伸率（%）Nomex1.3864711705222Kevlar1.442940717363.6Kevlar-291.442940717363.6Kevlar-491.4528421087802.4Kevlar-1191.443038545864.4Kevlar-1291.443332965303.3Kevlar-1491.4723521440601.5Kevlar-1001.442744603683.9芳纶Ⅰ1.4652744882001.8芳纶Ⅱ1.4425481470002.0S2高强玻纤2.54294081340-碳纤维T3001.7527442254001.2表2芳纶纤维、碳纤维、E玻纤树脂浸渍纱带性能测试项目密度（g/cm3）拉伸强度（MPa）拉伸模量（MPa）延伸率（%）Kevlar-291.443616823204.4Kevlar-491.4536161244602.9碳纤维T3001.7530972205001.25E玻纤2.502411686001.5表3芳纶纤维、碳纤维、E玻纤单向纤维板性能测试项目Kevlar-49碳纤维T300E玻纤密度（g/cm3）1.381.522.07拉伸强度0。（MPa）90。（MPa）138227.4123534.3109841.2压缩强度0。（MPa）90。（MPa）2741371098137588137层间剪切强度（MPa）68.698.078.4备注：单向纤维板树脂为环氧Vf=60%，0。为纤维方向芳纶纤维作为复合材料的增强材料性能优良。表2列出芳纶纤维、碳纤维和E玻璃纤维的树脂浸渍纱带性能,表3列出单向纤维板性能。国内已有对芳纶增强丁腈橡胶、环氧树脂的研究报道。如有研究做出的芳纶/环氧复合材料与常规材料力学性能的比较[1-2]。表4芳纶/环氧复合材料与常规材料力学性能的比较材料密度（g/cm3）拉伸强度（GPa）比强度（1x107mm）拉伸模量（GPa）比模量（1x109mm）芳纶/环氧22010.5钢2102.7铝合金772.8钛合金4.51.02.21102.4尼龙30.021.3芳纶纤维产品形态及复合材料的成型办法芳纶纤维和玻璃纤维同样,产品形态有有捻纱、无捻粗纱,多个规格布、带、毡及短切原丝等。常与芳纶纤维匹配的树脂有环氧、酚醛、不饱和聚脂、乙烯基脂、聚酰亚胺等,近年来还与尼龙、PBT等复合使用。成型办法也和玻璃钢等成型办法同样,有缠绕法、手糊法、预浸渍法、真空袋法、加压法以及注射法等,可根据需要选择。1.4芳纶纤维复合材料的应用1.4.1在航空、航天、军需方面的应用芳纶纤维可制作大型飞机的二次构造材料,如机舱门、窗、整流罩体表面、机翼有关部件。也可制机内天花板、隔板、舱壁、行李架、座椅等。采用芳纶纤维复合材料能够减轻飞机自重30%左右。如L一1011三星式客机总的芳纶纤维复合材料用量达1135kg,使机重减轻365kg;波音757、767使用芳纶纤维复合材料,减轻机重454kg；DHC-7短程飞机减轻机重91kg。S-76商用直升机的外蒙皮使用芳纶复合材料已达50%；喷气式教练机T-4也采用芳纶纤维复合材料。芳纶纤维复合材料可制造火箭发动机壳体、压力容器、宇宙飞船驾驶舱等。芳纶纤维复合材料还可制造坦克、装甲车、飞机、潜艇的防弹板和头盔及防弹衣等。1.4.2在造船方面的应用芳纶纤维复合材料可制造快艇、帆船、赛艇、渔船、独木舟等。采用芳纶纤维复合材料造船,船自重比玻璃钢和铝都好,船体可减轻3O%左右,节省燃料30%以上,可对应增加航程。由于芳纶纤维复合材料含有吸取振动及承受持续冲击的能力,船航行稳，使人感到安静、舒适。1.4.3在体育器材方面的应用芳纶复合材料可用来制造高尔夫球棒、网球拍、滑雪橇、雪车、钓鱼杆、弓、标枪等。1.4.4在汽车方面的应用芳纶纤维可取代石棉,因而可减少对环境和人体健康的危害,它可制造刹车片、离合器、整流器、引擎垫片、汽车车身。特别赛车可减轻车重,提高强度,增加车速。1.4.5在建筑方面的应用芳纶纤维复合材料在建筑领域越来越受到重视。芳纶纤维可取代石棉用来增强水泥,可提供轻构造、高强度构件,并避免水泥制品开裂。加拿大蒙特楼市奥运体育馆采用芳纶纤维复合材料制成的可伸缩性屋顶,面积达5600m2,含有抗强风及承受大雪负荷的强度。近年来,国外正在开发芳纶纤维增强胶粘层压木梁的技术,这种增强材料称作FiRptm。它的出现意味着用低档木材可取代高级、贵重木材,并且安全、经济。这种增强胶粘层压梁比钢筋水泥构件还经济。现在,美国、德国、日本、澳大利亚、加拿大等国都在研究采用,有广阔的发展前景。1.4.6芳纶在信息技术产业上的应用由于IT技术的发展[3]，光纤铺设量猛增，全球光纤总长度为1.6亿km，到增至2.0亿km。对位芳纶可用作光缆中的“张力构件(Fensionmember)"(或称芯扞)，有了这种含有高模量性能的张力构件，可保护细小而脆弱的光纤在受到拉力时不致伸长，从而不使光传输性能受到损害。现在用于此张力构件的对位芳纶约3000-4000t，据业者预测，其实际短缺量约4000-5000t。[4]1.4.7其它方面的应用芳纶是用于增强子午线轮胎及机械用橡胶制品，如软管、输送带及动力传送皮带而专门设计制造的品种。芳纶纤维还可作增强橡胶的材料,可制轮胎、传动带、胶管、绳索等。[5]中国芳纶纤维研制始于20世纪70年代末，80年代中期完毕小试和中试鉴定。芳纶1414靠近Kevlar-49的水平。由于芳纶纤维价格颇高，现在国内还只有航空、航天、船舶及体育器械等系统使用，且根据最后产品用途不同，成型工艺和加工办法亦不完全一致，其应用领域随着中国高新技术的发展会含有广阔的应用前景。

2原材料2.1聚氨酯树脂2.1.1聚氨酯化学和物理性质聚氨酯(PU)树脂是由异氰酸酯与多元醇反映制成的一种含有氨基甲酸酯链段重复构造单元的聚合物。有机异氰酸酯化合物含有高度不饱和键的异氰酸醋基团(NCO，构造式（-N=C=O)，因而化学性质非常活泼。由于氮和氧原子上的电子云密度较大，其电负性较大，NCO基团的氧原子电负性最大，是亲核中心，可吸引含活性氢化物分子上的氢原子而生成轻基，但不饱和碳原子的轻基不稳定，重排成为氨基甲酸酯(若反映物为醇)或脲(若反映物为胺)。碳原子电子云密度最低，呈较强的正电性，为亲电中心，易受到亲核试剂的攻打。异氰酸酯与活泼氢化合物的反映，就是由于活泼氢化合物分子中的亲核中心攻打NCO基的碳原子而引发的[6]。反映机理以下:异氰酸酯是生产聚氨酯的重要原料之一，重要有MDI,TDI,HDI,NDI,IPDI,HMDI等，其中以MDI和TDI最为惯用。纯MDI在室温下为白色晶体，在使用前需先加热熔融，在室温下长久贮存会产生自聚反映生成二聚体和脲类不溶化合物，使产品色泽加深，熔化后液体混浊，出现不溶性细微颗粒影响产品质量。甲苯二异氰酸酯(TDI)有两种异构体:聚氨酯是由长链原料和短链原料聚合而成的，是一种嵌段聚合物。普通长链二元醇构成软段，而硬段则是由多异氰酸酯和扩链剂构成。软段和硬段的种类影响着材料的软硬程度、强度等性能。影响多个聚氨酯制品性能的因素诸多，普通影响性能的基本因素为:基团的内聚能、氢键、结晶性、交联度、分子量、温度。软段在聚氨酯中占大部分，软段的分子量对聚氨酯的力学性能有影响，普通来说，假定聚氨酯分子量相似，其软段若为聚酯，则聚氨醋的强度随着聚酯二醇分子量的增加而提高，软段的结晶性的提高对聚氨酯制品的性能是有利的。异氰酸酯的构造影响聚氨酯的刚性。聚氨酯材料是一类性能较为全方面的材料，含有良好的物理机械性能、优秀的耐候性、弹性及软硬度随温度变化不太大等优点，在涂料、胶粘剂及油墨等许多领域都得到了广泛的应用。聚氨酯弹性体是一种介于橡胶与塑料之间的高分子材料，它在含有一定弹性的同时，尚有较好的耐磨、耐温和抗撕裂性能，如将聚氨酯与无机非金属硬质填料结合制成复合材料磨机衬板，既能够增加材料的耐磨性，又可缓和研磨体对衬板的冲击力，从而提高衬板的使用寿命。同时，随着硬质填料的加入，还可大大减少衬板的成本，提高衬板的市场竞争能力。聚氨酯树脂(PolyurethaneResin)作为一种含有高强度、抗撕裂、耐磨等特性的高分子材料,在日常生活、工农业生产、医学等领域广泛应用。聚氨酯制品品种繁多、形态各异，它广泛用于机电、船舶、航空、车辆、土木建筑、轻工以及纺织等部门。聚氨酯弹性体用作滚筒、HYPERLINK传送带、软管、汽车零件、鞋底、合成皮革、HYPERLINK电线电缆和医用人工脏器等；软质泡沫体用于车辆、居室、服装的衬垫，硬质泡沫体用作隔热、吸音、包装、绝缘以及低发泡合成木材，HYPERLINK涂料用于高级车辆、家具、木和金属防护，水池水坝和建筑防渗漏材料，以及织物涂层等。胶粘剂对金属、玻璃、陶瓷、皮革、HYPERLINK纤维等都有良好的粘着力。另外聚氨酯还可制成乳液、磁性材料等。2.1.2全球聚氨酯发呈现状与发展趋势聚氨酯(PU)是世界六大发展的合成材料之一，其工业发展较快，过去五年始终保持6%的年均增加率。就其应用广度而言，已跃居诸种合成材料的首位。能够预料，随着科技的进步及新应用领域的拓展，聚氨酯工业的发展将为人们带来更为便利和舒适的生活。而中国这一含有巨大潜力的市场，在吸取了世界水平的技术和规模装置后，必将成为世界聚氨酯工业发展的动力源。据陶氏化学公司公布的数据，在20世纪70年代，全球聚氨酯年产量总计只有110万吨，而进人21世纪已超出了900万吨，增加了约9倍。在我国，近的增加速度也大大高于国民生产总值的增加。我国多个聚氨醋产品年产量已近100万吨，比1997年的60多万吨增加了约50%。表5世界各地聚氨酯的销量1980年1985年1990年1999年消耗量比例消耗量比例消耗量比例消耗量比例北美洲10735.417039.022037.525433.0欧洲9932.813330.418030.724632.0亚太地区4013.25713.07312.417723.0拉丁美洲217.0296.6437.3466.0非洲等3511.64811.07112.1466.0累计302100437100587100769100注:1:1999年所列数据为拜耳公司统计2:该数据涉及东欧国家3:非洲指非洲、中东及东欧等地区，但该项1999年数据不涉及东欧等国家从表5[7]中趋势能够看出，进入20世纪90年代以来，亚太地区聚氨酯工业有了较快的发展，特别是日本，发展更快。我国的聚氨酯工业来源于20世纪50年代末期，至今已有40数年的发展历史。我国聚氨酯工业分基本原料、助剂、制品和加工机械等部分。基本原料分异氰酸酯(TDI,MDI等)、多元醇(聚醚和聚酯多元醇)等，制品重要分软泡、硬泡、弹性体(涉及革、鞋树脂制品和纤维)、涂料及胶粘剂。1998年到我国聚氨酯总产量将由77万吨增加到140万吨左右，平均年增加率约10%，按此预测到我国聚氨酯总产量将达成260万吨[8-9]。国外聚氨酯工业总的发展趋势概括以下:(l)基本原料生产的特大规模化。(2)聚氨酯技术向适应环保、安全卫生、资源回收等方向发展，重要涉及替代破坏臭氧层的CFC发泡剂技术、减少VOC(挥发性有机化合物)散发技术、减少游离TDI等有害物质的技术等。(3)聚氨酯CASE(涂料、胶粘剂、密封剂、弹性体、灌封料)发展明显快于泡沫产品，是另一趋势。近年来国外聚氨酯CASE产品的产量以6%-10%的速度增加，是泡沫增加速度的2倍以上，且向高性能、功效化和进一步扩大应用领域方向发展。在CASE产品方面，国内的发展水平与国外差距较大，其中许多重要制品、中间体(预聚体、树脂等)多半是靠进口。2.2芳纶纤维2.2.1芳纶纤维化学和物理性质芳纶纤维是由聚对苯二甲酰对苯二胺(PPDA)的液晶溶液经干喷湿纺工艺成型而制得，按分子构造称为“芳香聚酰胺纤维”，美国商品名为Kevlar纤维。早在1968年美国杜邦公司就开始了芳香聚酰胺树脂的合成及成纤工艺研究，于1972年杜邦公司实现了聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的工业化生产，称为B纤维，规模为吨/年，1973年改名为Kevlar纤维。聚合物制备:以上合成时用的酰胺溶剂涉及:六甲基磷酰二胺，N-甲基毗咯烷酮和二甲替乙酰胺(DMA)[10]。从芳纶的分子链构造来看，它是由苯环和酰胺基按一定规律排列而成。分子链含有相称的规整性，致使芳纶纤维含有较高结晶性。酰胺键可在分子链之间形成氢键。芳纶分子链中的苯环及分子间的氢键构造使得分子链难以内旋转，分子链不能折叠，呈伸展的刚性棒构造，分子链之间可排列得十分紧密，从而使纤维含有很高的模量和强度。这种刚性分子构造还赋予芳纶纤维高温下的尺寸稳定性能。芳纶分子沿纤维方向是较强的共价键，而纤维横向是较弱的氢键。因此芳纶纤维在力学性能上是各向异性的，芳纶纤维拉伸断裂时纵向开裂而劈成许多更细的单丝，横向受压时受压部位会出现一定数量的纵向层。芳纶是一种由高度取向结晶微区构成的材料，含有某些缺点和空隙，但没有无定形区。由于分子链段中庞大苯环的位阻作用，酰胺基团较难与其它原子或基团发生反映，含有化学惰性，因而芳纶纤维同基体的粘合性很差，必须进行一定的工艺解决使纤维表面取向减少或增加一定数量的活性基团，如-COOH，-OH,=CO和-NH2等，这些基团可与基体间形成反映性共价键结合，从而提高复合材料的界面剪切强度和剥离强度。芳纶含有优秀的力学性能，抗张强度为280kg/mm2，模量为6480kg/mm2（kevlar29)和13300kg/mm2（kevlar49），断裂伸长率为2.3-4.0%，比重轻(d=1.44g/cm2)并且耐高温(可在250。C下列使用)。芳纶纤维含有密度小、模量高、强度高、伸长率低等特点。芳纶的这种性质重要由其高结晶、高取向的大分子构造所决定的。它是一种高强度、高模量、低密度的有机纤维，它的强度比碳纤维高，质量比玻璃纤维、碳纤维都轻，热膨胀系数低，抗疲劳性好，含有一定的竞争能力。由于芳纶纤维含有各异性，且压缩强度、剪切强度与其断裂强度相比要低得多;而纤维的弯曲是由弯曲、压缩及拉伸三方面性能决定的，因此芳纶的弯曲强度比拉伸强度要差得多。由于芳纶纤维分子取向度高，横向联系弱，从而使其剪切强度弱、扭转疲劳性差。3制作工艺芳纶短纤维增强聚氨醋复合材料成形工艺研究高分子基复合材料的成形办法有很大的灵活性。根据增强体和基体材料的种类的不同，需要应用不同的制造工艺和办法。高分子基复合材料的重要制造办法按基体材料的不同分为两类。一类是热固性复合材料的制造办法，其中重要有手工成形法，喷涂成形法，压缩成形法(模压成形办法)，注射成形法，SMC压缩成形法，RTM成形法(注塑成形法)，真空热压成形法，持续缠绕成形法，持续拉挤成形法。另一类是热塑性复合材料的制造办法，类似于热固性复合材料的制造办法，其中重要有压缩成形法，注射成形法，RTM成形法，真空热压成形法，持续缠绕成形法等[11]。多个成形法有各自的特点，采用时需根据产品的质量、成本、纤维和树脂的种类来选择适宜的成形法。3.1成形办法的选择短纤维增强树脂基复合材料的惯用的成形办法有:手工成形法、喷涂成形法、注射成形法、压缩成形法和SMC压缩成形法(CompressionmoldingofSMCs)。手工成形法是高分子基复合材料的制造的最重要的办法。多用于玻璃纤维/聚醋树脂复合材料的产品制造。例如，浴缸、船艇、房屋设备等。手工成形法重要以玻璃纤维布或片材和聚酯树脂为原材料。在根据产品的形状制造的底模上，先涂一层不粘胶或铺一层不粘布或不粘薄膜等，然后铺一层玻璃纤维布，再用刷子或滚轮等工具将树脂涂抹在玻璃纤维布上，使树脂均匀地渗入到玻璃纤维布里。重复此过程直达成到产品规定的厚度。然后将铺层完毕后的制品送到固化炉实现固化。喷涂成形法是在人工铺层涂抹成形法上改善的一种成形法。喷涂成形法以长纤维和树脂为原材料，它使用的重要工具是一杆能自动切断纤维并喷出切断的短纤维和树脂的自动化喷枪。它是运用自动化喷枪，将自动切断的短纤维和树脂一起喷涂在底模上来实现积层。与其它的制造办法相比，手工成形和喷涂成形的特点是设备、工具等成本低，能适应多个形状产品的成形。但是由于以人工为主生产效率低，不易实施大量生产。注射成形法是先将低模固定、预热，然后运用注射机械在一定的压力条件下通过一注入口将增强材料的纤维和树脂等一起挤压入模型内使之成形。注射成形法的特点是易于实现自动化，易于实现大批生产，但制造的产品的纤维含有量不高。另外，由于纤维和树脂的混合物在模型内的流动引发纤维的排列，产品的强度分布会不均匀。注射机的注射口由于和纤维的摩擦易于磨损。压缩成形法是将增强材料和树脂等一起先放入底模，然后加压，加热使之成形、固化的一种复合材料制造办法。放入纤维和树脂不粘解决底模的制作放入纤维和树脂不粘解决底模的制作脱模热压固化脱模热压固化图图3.1压缩法成形的基本制造工艺压缩成形的特点是能够制造大型产品，含纤维量高的产品，高强度产品，能够用于制造热固性材料和热塑性材料，短纤维增强复合材料制品用的较多。SMC压缩成形法与前述的成形办法最大的不同点是使用的原材料不是纤维和树脂，而是SMC预制片。SMC是SheetMoldingCompound的缩写，是指经热固性树脂浸渍后的、未固化的玻璃纤维/树脂预制片。普通有三种预制片:短纤维随机分布的预制片，短纤维单方向分布的预制片，长纤维单方向分布的预制片。SMC压缩成形法事实上是分两步来实现的一种成形法:第一步是未固化的玻璃纤维/树脂预制片的制作;第二步是SMC压缩成形。SMC压缩成形法的特点是易于实现自动化、适于大量生产、产品尺寸精度高、表面光滑、强度较高。结合SMC压缩成形法特点，以压缩成形工艺制备复合材料。拟采用的成形工艺分三步:第一步是预成形片的制备，将按配方合成的液态聚氨醋预聚体与芳纶短纤维于室温下混合均匀，加入扩链剂混合均匀，涂敷预成形于模具中，于800C下预固化数小时，制成预成形片。第二步是模具准备，清理模具，对模具做不粘解决，并将其加热到一定温度。[12]3.3实验流程工艺固化脱模热压放入预成形片模具准备预成形片的制备第三步将预成形片制入模具，加温加压，固化。基本流程工艺以下:3.3实验流程工艺固化脱模热压放入预成形片模具准备预成形片的制备3.2芳纶1313工艺：一步法工艺，即低温溶液间歇聚合，原液通过过滤后直接进行湿法纺丝，水洗后干燥，切断后打包。性能：耐高温：分解温度371℃；阻燃性：极限氧指数29；断裂强度：4-5g/d；初始模量：60-120g/d。用途：高温过滤材料；绝缘材料；消防服、赛车服；高温传送带。②芳纶1414工艺：两步法工艺，低温溶液持续聚合，聚合物分离后洗涤干燥后用浓硫酸重新溶解，干喷湿法纺丝，纤维通过水洗后干燥，卷绕成形。性能：耐高温：分解温度500℃；阻燃性：极限氧指数32；高强度：断裂强度20-27g/d；高模量：初始模量600-800g/d。用途：个体防护：防弹衣、防弹头盔；防弹装甲：装甲战车、运钞车；复合材料：汽车轮胎帘子线；摩擦材料：刹车片；航空航天材料、光缆增强材料。4修补及性能检测4.1缺点由芳纶构造可知，它是一种分子对称性、定向程度和结晶度很高的刚性分子而分子间横向作用较弱;另外，由于分子构造中存在大量不易移动的芳香环，使其分子间的氢键结合较弱，致使横向强度低，分子表面活性基团少，表面极性低，使得在压缩及剪切力作用下容易产生断裂，并且芳纶纤维表面易吸水，造成芳纶纤维与树脂基体结合成的两相界面强度低、层间剪切强度较小，影响了复合材料综合性能的发挥。因此，为了发挥芳纶纤维复合材料的综合性能，通过对纤维进行表面改性[13-14]和选择适宜的树脂基体来改善芳纶纤维增强复合材料界面结合状况成为了复合材料学界研究的一种热点。除此之外，纤维的耐光性差，暴露于可见光和紫外线时会产生光致降解（即力学性能下降和褪色）。用高吸取率材料对Kevlar纤维增强聚合物基复合材料作表面涂层，能够减缓其光致降解；芳纶的溶解性差；抗压强度低；吸湿性强，吸湿后纤维性能变化大，因此应密封保存，在制备复合材料前应增加烘干工序。鉴于以上因素本文重点讨论近年来有关芳纶复合纤维材料在纤维表面改性和合用树脂基体选择上的研究。4.2芳纶表面改性芳纶纤维的化学构造使得酰胺基团很难树脂的原子或基团发生反映,纤维表面呈现出较大的化学惰性,纤维与树脂的界面结合能较低,粘附性及浸润性很差,两相界面粘结不抱负,而载荷又都是通过界面来进行应力传递的,造成复合材料的层间剪切强度低,影响了复合材料综合性能的发挥,限制了它在复合材料中的广泛应用。芳纶纤维表面改性的重要目的是使纤维表面粗糙度增加或在纤维表面引入一定数量的活性基团（-COOH,-OH，-NH2等）芳纶纤维表面改性技术可分为物理改性和化学改性两类，物理改性所需技术手段较高，本文重点讨论化学改性手段。国内外研究的芳纶表面解决办法诸多,但真正实际应用的并不多。在这些办法中,化学表面接枝改性和等离子体改性两种技术是解决效果比较明显的。4.2.1物理改性物理改性法重要有等离子体解决法,超声波浸渍改性法,高能射线法(高能射线法又分为r射线、x射线和高能电子束法),表面涂层法。重点讨论运用较多的等离子体解决法和表面涂层法。4.2.2超声波浸渍改性法超声波浸渍改性法是一种运用超声振动能量来变化物质的构造、状态、功效或加速这些变化的过程的超声波浸渍技术，通过增加纤维表面极性基团的含量和纤维表面粗糙度来提高材料的界面粘结性能，却对纤维损害较小、较有效地提高复合材料力学性能的办法。它对改善树脂基复合材料界面粘结性能的作用重要体现在下列两点:一是在超声作用下，树脂胶液的构造和性能发生变化，有助于提高树脂基体的活性;二是运用超声的振荡来消除胶槽中的气泡，空气以及其它杂物，使胶液能均匀地浸润纤维，从而改善复合材料的界面粘结性能。4.2.3表面涂层法表面涂层法是在芳纶纤维表面涂上柔性树脂，然后与树脂基体复合，有助于芳纶纤维与基体形成良好的粘合界面.该涂层能够钝化裂纹的扩展，增大纤维的拔出长度，从而增加材料的抗破坏能力。1998年，西安交通大学宋月贤等[15]用不含有机溶剂的水溶液高活性改性环氧树脂(CSJR-2)活化液和预缩合间苯二酚-甲醛树脂(SJR-1)配制的RFL浸渍液解决芳纶帘线，获得了令人满意的黏合活化效果.此活性剂不含有机溶剂，工艺简朴，能够避免纤维表面未固化的环氧树脂对人体的侵害。4.2.4化学改性化学改性重要涉及有表面接枝、表面刻蚀、偶联剂等办法。4.2.5表面刻蚀改性表面刻蚀技术是通过化学试剂解决芳纶，引发纤维表面的酰胺键水解，从而破坏纤维表面的结晶状态，使纤维表面粗化.人们惯用酰氯类(甲基丙烯酰氯等)、酸碱类(乙酸酐等)等化学刻蚀剂来解决芳纶。1989年，希腊Andreopoulos等[16]，以及1997年，希腊Tarantili采用甲基丙烯酰氯的CCl4溶液对芳纶进行了解决，首先，表面粗糙度增加，增大了纤维与基体的啮合，同时除去了弱界面层，增加纤维/基体间的接触面积;另首先提高了纤维的表面能，使树脂更有效地润湿纤维，因而使改性后的芳纶/环氧复合材料韧性提高8%。1999年，新加坡Yue[17]采用乙酸酐刻蚀芳纶表面也使界面剪切强度从38MPa提高到63MPa，提高了60%，这重要是乙酸酐的作用使纤维表面氧含量增大，从而增大了纤维与基体表面的润湿与结合。王杨等[18]采用不同浓度的磷酸对芳纶纤维进行解决,酸性物质含有较强的表面氧化和表面刻蚀的能力,当浓度达成20%时,复合材料的界面性能最佳,其层间剪切强度和界面粘结强度分别达成62MPa和60.8MPa,高于未解决纤维的复合材料。4.2.6表面接枝在芳纶表面进行接枝改性是化学改性办法中研究最多的办法之一。据接枝官能团位置的不同,大致可分为:苯环上的接枝反映和取代芳纶表层分子中酰胺键上氢的接枝反映。Ou[19]等采用氯丙烯和3-氯丙基三甲氧基硅烷在Kevlar纤维表面接枝改性，研究表明接枝改性改善了Kevlar纤维与高密度聚乙烯间的相容性，提高了Kevlar纤维/木粉/高密度聚乙烯复合材料的综合力学性能。B.J.Briscoe等[20]采用无水反映路线,成功将丙二醇、烷基、环氧基及三甲基硅烷等基团接枝到芳纶纤维表面,表面接枝后的芳纶纤维与树脂间的接触角、纤维与水及二碘甲烷的粘附作用都明显减少。5参考文献[1]MaksimovRD.PlumeE.long-lermcreepofhybridaramid/glass-fiber-reinforccd.plasties[J].MechaniesofCompositeMaterials，，37（4）；271-280.[2]袁金慧，江棂，马家举等.芳纶的应用和发展[J]，高科技纤维与应用，.30（4）；29.[3]彭涛，叶光斗，对位芳香族聚酰胺纤维及其增强复合材料的发展[J].合成纤维工业；，27（6）[4]谭小红，高性能纤维的发展及其应用[J].纺织科技进展，，5；14-16.[5]毕鸿章，芳纶纤维复合材料及其应用概述[J]。建材工业信息，1996.03:8-9.[6]李绍雄，刘益军，聚氨酯树脂及其应用[M].北京；化学工业出版社材料科学与工程出版社出版中心，；16-17.[7]翁汉文，我国聚氨酯工业现状和发展展望[J].聚氨酯工业，,16（3）：2.[8