γ-射線輻照改性對芳綸纖維及其復合材料性能的影響.pdf

1、芳綸纖維/環(huán)氧樹脂復合材料是理想的火箭發(fā)動機殼體材料，然而芳綸纖維表面光滑和化學惰性的缺點使其與環(huán)氧樹脂之間的界面粘結(jié)不良，限制了其在航空航天領域的應用。為此本文采用60Coγ-射線輻照技術(shù)，對芳綸（Armos）纖維進行輻照和輻照接枝改性研究，提高纖維與樹脂基體的界面粘結(jié)性能。通過優(yōu)化設計輻照工藝參數(shù)和輻照接枝單體，在不降低纖維本體強度的前提下實現(xiàn)纖維表面改性，從而全面提高芳綸纖維復合材料的綜合性能。
　　采用層間剪切強度（ILS

2、S）測試、界面剪切強度（IFSS）測試、彎曲強度測試和納米硬度測試等測試方法研究了輻照和輻照接枝對芳綸/環(huán)氧樹脂復合材料界面性能的影響。確定了對Armos纖維改性效果好的輻照處理方式：即對Armos纖維在氮氣中600kGy、空氣中600kGy輻照；對Armos纖維分別在環(huán)氧氯丙烷中200kGy、5％環(huán)氧/丙酮中500kGy和1.5%酚醛/乙醇中500kGy共輻照接枝。Armos纖維單絲拉伸強度測試結(jié)果表明，輻照和輻照接枝對纖維的本體強度

3、損傷程度很低。
　　通過X射線衍射（XRD）和碳核磁共振譜（13C-NMR）研究輻照改性前后芳綸纖維結(jié)構(gòu)的變化。XRD分析表明輻照可以使纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu)發(fā)生微小變化，且在氮氣介質(zhì)中經(jīng)600kGy輻照處理后纖維的晶面間距最??；13C-NMR研究表明纖維上C=O和C=N官能團的含量明顯減少。輻照處理后纖維濃硫酸溶液的比濃粘度增加、復合材料纖維壓痕直徑變小、復合材料纖維納米硬度提高和單絲拉伸斷口形貌觀察結(jié)果均表明輻照使得Armos纖維內(nèi)部

4、發(fā)生交聯(lián)反應。纖維結(jié)構(gòu)的變化導致纖維性能的改善。芳綸纖維鉤接強力測試表明，輻照和輻照接枝均能提高芳綸纖維的壓縮性能；熱失重分析表明，輻照可以改善纖維的耐熱性能。
　　采用X-射線光電子能譜（XPS）、掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）、傅立葉紅外測試（FT-IR）和浸潤性測試（Capillary method）等測試方法研究γ-射線輻照和輻照接枝對Armos纖維表面性能的影響。FT-IR分析表明在γ-射線輻照作用下環(huán)

5、氧氯丙烷、環(huán)氧和酚醛樹脂可以接枝到纖維表面，使得纖維表面接枝上活性官能團；XPS分析表明處理后纖維表面的O/C增加，活性官能團含量均有提高；采用SEM和AFM對纖維表面形貌觀察分析發(fā)現(xiàn)改性使得纖維表面的粗糙度增加；浸潤測試結(jié)果表明處理后纖維在環(huán)氧樹脂中的浸潤性能有不同程度的改善，且其表面能都得到了提高。纖維表面的粗糙度增加使得纖維與基體樹脂之間的機械嚙合作用增強，纖維表面活性官能團含量的提高增強了纖維和樹脂間形成的化學鍵作用，這些改善了