【摘 要】
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芳纶纤维作为一种强度高,韧性好的纤维,在防护领域有着广泛的应用。但芳纶纤维的表面十分光滑,并且分子链高度结晶,与树脂之间的结合性很差。在芳纶纤维与环氧树脂的制品受到冲击载荷时,导致界面破坏,发生纤维的拔出与脱粘损伤,从而导致复合材料整体承载能力的急剧下降。芳纶纤维的结构中含有大量的酰胺键,在紫外光的照射下会发生断键,损伤其力学性能。这些问题都严重地制约了芳纶纤维的进一步应用。本文首先采用水热法对芳
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芳纶纤维作为一种强度高,韧性好的纤维,在防护领域有着广泛的应用。但芳纶纤维的表面十分光滑,并且分子链高度结晶,与树脂之间的结合性很差。在芳纶纤维与环氧树脂的制品受到冲击载荷时,导致界面破坏,发生纤维的拔出与脱粘损伤,从而导致复合材料整体承载能力的急剧下降。芳纶纤维的结构中含有大量的酰胺键,在紫外光的照射下会发生断键,损伤其力学性能。这些问题都严重地制约了芳纶纤维的进一步应用。本文首先采用水热法对芳纶纤维进行表面改性,研究纳米氧化锌的生长对芳纶纤维的表面形貌的影响机制。采用红外光谱研究改性前后芳纶纤维表面官能团的变化。利用扫描电镜观察芳纶纤维的表面形貌,研究改性手段对纤维表面生长形貌的影响。研究生长液浓度变化对芳纶纤维耐紫外辐照能力的影响,由力学性能变化发现相比于未处理的纤维,当生长液浓度提高到30mmol/l时,纤维单丝强度的保留率由73.1%提高到了98%,性能提高了35.4%。对改性前后的芳纶纤维布进行了静态润湿角测试,发现改性后的纤维布与树脂之间的接触角由68°降低到了35°。制备KF/EP复合材料,研究改性前后芳纶纤维对KF/EP复合材料力学性能的影响规律发现经过改性后KF/EP复合材料弯曲强度为165.38MPa,相比于改性前KF/EP复合材料的弯曲强度114.13MPa提高了44.9%。研究面内的损伤面积以及层间分层损伤面积的变化,基于扫描电镜观察从微观角度揭示改性提高抗冲击能力的作用机理。采用ABAQUS建立了芳纶增强环氧树脂的微观单胞模型,研究其在受到横向的拉伸、压缩以及剪切载荷时对应的损伤行为,研究界面强度对准静态下应力应变曲线的影响规律,计算得出改性后界面强度的提高（由20MPa提高到40MPa）使得复合材料的横向拉伸等效力学性能提高了59.6%;横向压缩等效力学性能提高了15.5%。基于蔡吴失效准则与层间的牵引分离准则建立三维的层合板抗冲击模型,并依据从微观模型模拟得到的横向等效力学数据,从宏观角度研究界面强度与冲击能量对层合板各面内层以及各粘结层的损伤的影响。将模拟结果与实验结果进行对比,发现二者基本吻合,验证了模型的正确性。
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