酚醛樹脂PBO纖維單向復(fù)合材料的制備及性能.pdf

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1、劉丹丹，等：酚醛樹J]~／PBO纖維單向復(fù)合材料的制備及性能35酚醛樹f]~／PBO纖維單向復(fù)合材料的制備及性能劉丹丹郭慶時(長江大學(xué)機械工程學(xué)院，荊州434023)摘要利用聚對苯撐苯并雙惡唑(PBO)纖維與酚醛樹脂制備先進復(fù)合材料，研究該單向復(fù)合材料的層間剪切性能、彎曲性能、沖擊性能和動態(tài)力學(xué)性能，并分析該復(fù)合材料的吸濕脫濕行為和熱氧老化行為。酚醛樹)JR／PBO纖維單向復(fù)合材料的層間剪切強度為21．25MPa，彎曲強度為439．53MPa，彎曲彈性模量為50．11GPa。關(guān)鍵詞PBO纖維單向復(fù)合材料酚醛樹脂PBO纖維具有優(yōu)

2、異力學(xué)性能、耐熱性能和阻燃含量為40％±2％，在室溫下干燥24h制得預(yù)浸料，性，被視為航空、航天、國防、星球探測等領(lǐng)域中先進然后將預(yù)浸料單向逐層疊放，置于模具后分段固化。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的新一代纖維¨J。但其表面光滑，為防止樣品粘模，在上下層夾板和樣品間鋪聚四氟表面活性低，化學(xué)惰性極強，與樹脂基體粘接強度乙烯膜，在120~C固化80min，l3O℃固化40min，差，嚴(yán)重限制了其在高性能復(fù)合材料中的應(yīng)用。筆160℃固化35min，最后在15MPa壓力下170oC固者前期針對PBO纖維的表面惰性采用各種方法進化90min。保壓冷卻到

3、室溫，取出樣品備用。行改性，但主要停留在單纖維的改性及單絲拔出試1．4酚醛樹)]~／PBO纖維單向復(fù)合材料板力學(xué)性驗這類微復(fù)合材料的性能表征上。為進一步了能測試解PBO纖維增強樹脂復(fù)合材料的各種性能，筆者研剪切性能按JC／T773—1996測試，試樣尺寸為究了其增強酚醛樹脂單向復(fù)合材料的力學(xué)性能、吸20mm×6mm×2．2mm，試樣跨距為10mm，加載速濕脫濕行為和熱氧老化行為。度1mm／min；1實驗部分彎曲性能按GB／T3356—1999測試，試樣尺寸1．1原材料為120mm×12．5mm×2．2mm，試樣跨距為80PBO

4、纖維：AS型，日本東洋紡公司，用無水乙醇mm，加載速度4mm／min；浸泡24h后用蒸餾水清洗，干燥備用；沖擊強度按GB／T1843—2008標(biāo)準(zhǔn)進行測試，酚醛樹脂：中國兵器工業(yè)集團第五三研究所。試樣尺寸為63．5mm×12．7mm×4mm，缺口深度1．2儀器及設(shè)備為2mnl，缺口角度為45。；纏繞機：自制；動態(tài)力學(xué)性能“利用單臂法進行測試，頻率電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：DHG一90535一III型，上5Hz，升溫速度5~C／min，振幅100txm，動態(tài)力3．5海新苗醫(yī)療器械制造有限公司；N；萬能材料試驗機：Sintech2／DL

5、型，美國MTS公樣品的切割采用奧力創(chuàng)水刀：噴口直徑0．3司；mm，速度100mm／min，壓力300MPa。臺式電子萬能材料試驗機：5566型，美國In．1．5酚醛樹)~／PBO纖維酚醛樹／I~／PBO纖維單向stron公司；復(fù)合材料微觀形貌的分析沖擊試驗機：IMPats15／25／50型，瑞典Pendu．將復(fù)合材料斷面噴金處理，用掃描電子顯微鏡1um公司；進行觀測，測試電壓：10kV。動態(tài)熱機械分析儀：DMA242C型，德國Netzsch1．6酚醛樹)~／PBO纖維單向復(fù)合材料的吸濕脫公司；濕行為和熱氧老化失重率的測定掃描電

6、子顯微鏡：1530VP型，德國LEO公司。吸濕前試樣置于80℃烘箱下干燥至恒重，然后1．3酚醛樹~／PBO纖維單向復(fù)合材料板的制備將試樣浸泡在室溫或80％的去離子水中，用電子天將酚醛樹脂和無水乙醇以1-1的質(zhì)量比室溫下平稱重，跟蹤試樣的質(zhì)量變化，用式(1)計算任意時充分?jǐn)嚢?。將PBO纖維于纏繞機上單層單向纏繞在聚乙烯筒上，然后涂覆酚醛樹脂溶液，控制其樹脂收稿日期：2011-07-2636工程塑料應(yīng)用20I1年，第39卷，第lO期刻試樣的濕含量()：式密切相關(guān)。材料的動態(tài)力學(xué)行為指材料在交變應(yīng)一力(或應(yīng)變)作用下的應(yīng)變(或應(yīng)力)

7、響應(yīng)。動態(tài)力R(t)=—『_(1)W0學(xué)熱分析可以測定材料在一定條件(溫度、頻率、應(yīng)式中：為置于水中時間t后試樣的質(zhì)量；Wo為試樣力或應(yīng)變水平、氣氛與濕度等)下的剛度與阻尼，以的初始質(zhì)量，即干態(tài)質(zhì)量。及材料的剛度與阻尼隨溫度、頻率或時間的變化，獲將已進行吸濕試驗的試樣置于8O的真空烘得與材料的結(jié)構(gòu)、分子運動、加工與應(yīng)用有關(guān)的特征箱脫濕，稱重，跟蹤試樣的失重隨脫濕時間的變化。參數(shù)。復(fù)合材料的破壞模式受纖維、基體及界面性用電子天平跟蹤脫濕過程中試樣的質(zhì)量，按式(2)質(zhì)的控制。一般而言，復(fù)合材料的破壞是一個損傷計算不同時間下的脫濕率

8、L(t)。的產(chǎn)生、累積和擴展的過程，這種損傷的發(fā)展過程對一材料的動態(tài)力學(xué)性能影響很大，而且在不同的應(yīng)變L(t)=一(2)W0率和加載方式下?lián)p傷的模式和演化又有所不同。式中：Wo和分別表示試樣的起始質(zhì)量與脫濕t小圖1為酚醛樹脂／PBO纖維單向復(fù)合材料板的時后的質(zhì)量。儲能模量。動