【摘 要】
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先进树脂基复合材料凭借比重小、强度高、热稳定性好等优点在我们生活的多领域日益占据重要地位,我们对于高性能复合材料的性能需求也越来越高。聚芳酯（Polyarylate,简称PAR）纤维由于其耐湿热、抗蠕变、高强高模等诸多优点是增强体的优选材料之一;而双马来酰亚胺（Bismaleimide,简称BMI）树脂可加工性、强度、热稳定性、耐腐蚀性、耐蠕变性等性能突出,适宜用作先进复合材料的基体。然而,聚芳酯
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先进树脂基复合材料凭借比重小、强度高、热稳定性好等优点在我们生活的多领域日益占据重要地位,我们对于高性能复合材料的性能需求也越来越高。聚芳酯（Polyarylate,简称PAR）纤维由于其耐湿热、抗蠕变、高强高模等诸多优点是增强体的优选材料之一;而双马来酰亚胺（Bismaleimide,简称BMI）树脂可加工性、强度、热稳定性、耐腐蚀性、耐蠕变性等性能突出,适宜用作先进复合材料的基体。然而,聚芳酯纤维与树脂间结合力较小;双马树脂的脆性相对较大,制约了其复合材料的推广。鉴于此,本文通过化学刻蚀法对纤维进行表面改性并选用蒙脱土作为增韧剂改性双马树脂,对改性前后纤维增强树脂的力学及热性能进行系统研究。用酸性KMnO4溶液对聚芳酯纤维进行表面刻蚀,分别研究高锰酸钾浓度、硫酸浓度、时间、温度等因素对纤维强度、浸润性及与树脂界面剪切强度等性能的影响,以确定最佳改性方案。结果表明,经过酸性KMnO4溶液改性的纤维表面出现槽痕,粗糙度增加,氧元素含量提高,表面浸润性改善,受控条件下纤维损伤较小,与双马树脂的界面剪切强度有不同程度的提高。室温下KMnO4为4g/L,H2SO4为10%的溶液中处理了30min的聚芳酯纤维综合性能最佳,其与双马树脂复合材料的界面剪切强度为16.72MPa,比未改性纤维提高了51%,纤维强度的保持率达90%左右,表面接触角从116.5°减小至74.4°,表面活性基团增多。研究纤维含量对于双马树脂综合性能的影响,并对比分析了改性前后纤维增强双马树脂力学性能的变化。结果表明,在实验范围内,双马树脂的力学性能随着纤维质量分数的提高而显著提高。当纤维质量分数为6.7wt%时,断裂功从纯树脂的0.08J/m~2增大到4.61J/m~2,弯曲强度提高了106%,冲击强度从3.7KJ/m~2提高为57.2KJ/m~2,并保持了其优异的热稳定性。酸性高锰酸钾刻蚀后纤维复合材料的力学性能一定程度提高,拉伸性能提高尤为显著。如当纤维含量为2.5wt%时,抗拉强度提高了51%。探究蒙脱土含量对于双马树脂综合性能的影响,再对比分析纤维增强蒙脱土改性前后双马树脂综合性能的变化。结果表明,在蒙脱土含量持续升高时,改性体系的力学性能呈现先提高后下降的趋势。当蒙脱土质量分数为4wt%时最佳,其抗拉强度增大了97%,冲击强度达到8.0KJ/m~2,比纯树脂提高了116%。此外,纤维增强蒙脱土改性双马树脂的力学性能基本都有不同程度提高,冲击韧性改善最为显著,冲击强度提高了24%,并保持了其优异的耐热性。综上所述,聚芳酯纤维显著提高了双马树脂的力学性能;酸性高锰酸钾刻蚀聚芳酯纤维增大了其与树脂的结合力;蒙脱土改性后双马树脂的冲击韧性提高;纤维增强蒙脱土改性双马树脂的抗冲击性能明显改善,且保持了优异的耐热性。
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