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碳纖維\PBO纖維層間混雜復(fù)合材料性能
發(fā)布時(shí)間：2020-03-07 20:22:06 點(diǎn)擊率：
碳纖維復(fù)合材料的脆性對(duì)損傷非常敏感，抵抗裂紋擴(kuò)展能力差，容易造成毀滅性破壞。在應(yīng)用研究中發(fā)現(xiàn)，采用與高性能有機(jī)纖維混合形成混雜復(fù)合材料，是當(dāng)前碳纖維復(fù)合材料提高其綜合性能研究與應(yīng)用的一個(gè)重要發(fā)展方向，而且擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍，受到了復(fù)合材料界的普遍關(guān)注。
本文提供了一種碳纖維/PBO（聚對(duì)苯撐苯并雙噁唑）層間混雜復(fù)合材料制備方法，突出了混雜比、不同性能的碳纖維以及不同的粘接界面與PBO/碳纖維復(fù)合材料的拉伸性能和層間剪切性能密切關(guān)系，同時(shí)也提供了一種利用不同的粘接界面研究混雜效應(yīng)的新思路。
課題組采用PBO纖維與兩種類型的高性能碳纖維（HTA-P30和T800）進(jìn)行層間混雜，與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合形成復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，HTA-P30、T800在鋪層混雜次序和混雜比完全相同的情況下，與PBO纖維混雜后其復(fù)合材料性能有一定的差異，其與混雜比的變化關(guān)系在圖1-圖3中更為直觀。HTA-P30碳纖維與PBO纖維混雜后，拉伸強(qiáng)度和模量均低于混合定律計(jì)算值（圖1（a）和圖2（a）），而T800碳纖維與PBO纖維混雜后，其復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度低于混合定律計(jì)算值（圖1（b）），拉伸模量則高于混合定律計(jì)算值（圖2（b）），這可能與T800碳纖維的拉伸強(qiáng)度、模量和工藝性均優(yōu)于HTA-P30碳纖維有關(guān)。但無(wú)論P(yáng)BO纖維與HTA-P30碳纖維混雜還是與T800碳纖維混雜，層間剪切強(qiáng)度均高于混合定律計(jì)算值(圖3)，且這三種性能（拉伸強(qiáng)度、模量和層間剪切強(qiáng)度）的離散系數(shù)Cv均有不同程度的降低，這些說(shuō)明PBO纖維的加入，有利于提高碳纖維復(fù)合材料的層間剪切性能，降低其性能的分散性。
（a）HTA-P30與PBO混雜
（b） T-800與PBO混雜
圖1 HTA-P30和 T-800與PBO混雜后的拉伸強(qiáng)度、離散系數(shù)與混雜比的關(guān)系
(a) HTA-P30與PBO混雜
(b) T-800與PBO混雜
圖2 HTA-P30和T-800與PBO混雜后的彈性能模量與混雜比的關(guān)系
(a) HTA-P30與PBO混雜
(b) T-800與PBO混雜
圖3 HTA-P30和T-800與PBO混雜后的剪切強(qiáng)度與混雜比的關(guān)系
由于PBO纖維與環(huán)氧樹(shù)脂的層間剪切強(qiáng)度只有24.6
MPa，屬于弱界面，本文對(duì)于PBO纖維進(jìn)行了表面偶聯(lián)劑處理(處理后PBO纖維/環(huán)氧的界面粘強(qiáng)度比未處理可提高61.3％)，研究界面粘接性能對(duì)混雜效應(yīng)的影響。處理后的PBO纖維與T-800纖維進(jìn)行混雜，由于提高了其界面粘結(jié)性能，其拉伸強(qiáng)度σ、彈性模量E、層間剪切強(qiáng)度τ
的混雜效應(yīng)Re均有不同程度的增大，其中τ 的Re增幅快，τ
的Re增幅快，可分別提高178.6%和88.5％。這表明PBO纖維/環(huán)氧弱界面層粘結(jié)性能的改善，可明顯提高混雜復(fù)合材料的層間剪切性能。
圖4 表面處理前后Vcf與Re的柱形關(guān)系圖
引用格式！王斌,王文靜,呂鈞煒,等.碳纖維/PBO纖維層間混雜復(fù)合材料性能[J].固體火箭技術(shù),2019,42(6):741-746.
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