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Kevlar纤维是一种性能优异的增强材料,其增强复合材料具备质量轻、吸能性好等优点,在很多重要工业部门得到了广泛的应用。但由于Kevlar纤维呈明显的皮芯结构,纤维表面光滑,表面浸润性差,当其与树脂基体复合时,两相界面结合强度较弱,极大地限制了Kevlar纤维优异性能的发挥。为了充分发挥Kevlar纤维优异的力学性能,改善其增强复合材料的界面结合状况成为材料学界研究的一个热点。而解决这些问题的关键在于对Kevlar纤维进行表面处理和开发适用于芳纶纤维的树脂基体。
本文采用UV处理和磷酸处理两种不同的方法对Kevlar纤维进行表面处理,并利用SEM技术和红外光谱分析Kevlar纤维表面结构和表面化学组成的变化,通过单纤维断裂实验研究Kevlar纤维/环氧树脂的界面剪切强度(IFSS),进而分析和评价纤维和基体之间的界面粘结性能。在此基础上,系统研究了适用于Kevlar纤维复合材料的柔性环氧树脂基体,测试了复合材料的力学性能,讨论了树脂基体对芳纶纤维复合材料界面性能的影响。结果表明:Kevlar纤维经UV处理后,纤维表面变粗糙,随着处理时间的增加,纤维单丝强度下降;磷酸处理的Kevlar纤维随着处理液浓度的增加,表面越光滑,单丝强度上升。通过红外光谱分析,两种表面处理过程中都没有新的吸收峰,也没有发现峰的消失,但许多吸收峰的相对强度发生了一定的变化。通过单纤维断裂实验研究表明,UV处理Kevlar纤维的效果较磷酸处理的好。用30%的磷酸溶液处理的芳纶纤维,纤维/柔性环氧树脂基复合材料的界面剪切强度达到14.27MPa,提高了34.7%;而当UV处理时间为8min时,Kevlar纤维/柔性环氧树脂基复合材料的界面剪切强度达到17.08MPa,提高了61.3%,通过对比得知UV处理是一种更为简单有效的表面处理方法。较不饱和聚酯树脂和乙烯基酯树脂,UV处理的Kevlar纤维与柔性环氧树脂基体间具有更良好的界面相容性。