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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