高性能纤维的热降解行为及动力学参数比较

利用TG方法研究3种高性能纤维材料（Zylon（PBO）,Kevlar129和Kermel纤维）在氮气和空气中的热降解过程和动力学参数.实验发现,样品在氮气中的降解特征温度比空气中的高30℃左右,且PBO纤维热降解的特征温度最高,所建立的综合温度指标可有效评价这一特性.同时,利用Freeman-Carroll法研究样品的热降解动力学参数,计算比较3种材料的反应活化能及反应级数,结果与特征温度分析基本一致.     

几种高性能芳纶纤维的耐光性评价

利用氙弧灯和碳弧灯分别照射3种高性能芳纶纤维（Kevlar 129,Zylon AS（PBO）和Kermel纤维）,分析它们力学性能的变化.Kevlar 129纤维耐光性最好,Kermel纤维耐光稳定性最差.实验发现,尽管Zylon AS（PBO）纤维初始强力最高,但其耐光性较差,在光照条件下下降剧烈.同时发现碳弧灯下纤维试样的损失比氙弧灯下辐照损失大.通过纤维表观和断裂端形貌观察可清楚看出,这3种高性能纤维都因光辐照损伤,且都有脆性断裂特征.     

聚亚苯基苯并二唑的热分解行为

用热失重方法分析了聚亚苯基苯并二唑（PBO）纤维在不同气氛中的热分解行为,采用Ozawa法计算了PBO纤维在氮气和空气两种气氛中的热分解活化能.结果表明升温速率对PBO纤维的热分解温度有较大影响;氧气作为热分解反应的引发剂,大大降低了分解反应的活化能;由IR光谱对不同温度裂解产物结构的分析,推测了热氧化降解对PBO纤维分子结构的影响;在不同失重率时几乎相同的热分解活化能,表明无论热分解的气氛如何,PBO纤维的热分解均是一个无规引发的单阶段过程;结合PBO纤维在两种气氛中的热分解机理,解释了分解气氛对残碳率的影响.     

PBO纤维的热降解过程分析

运用裂解-色谱/质谱(Py-GC/MS)、热失重-红外(TGA-DTA/FT-IR)、热失重-质谱(TGA-DTA/MS)等联用技术分析聚对苯撑苯并双噁唑(PB0)纤维的热降解行为.其中,PBO纤维在Py-GC/MS中迅速裂解产生的碎片记录了分子链断裂的过程,而在TGA-DTA/FT-IR、TGA-DTA/MS中连续升温的热降解特征及其释放物反映了纤维受热后分子链的断裂、重组等过程.升温到1 000℃时,在惰性气体中,PBO纤维的热失重剩余量为76.5%,而在空气中几乎完全失重,氧化作用对纤维的失重影响很大.在两种气氛下降解产物均以小分子物质为主,其中CO2占最大比例.     

聚亚苯基苯并二(口恶)唑的热分解行为

用热失重方法分析了聚亚苯基苯并二唑(PBO)纤维在不同气氛中的热分解行为,采用O zaw a法计算了PBO纤维在氮气和空气两种气氛中的热分解活化能。结果表明升温速率对PBO纤维的热分解温度有较大影响;氧气作为热分解反应的引发剂,大大降低了分解反应的活化能;由IR光谱对不同温度裂解产物结构的分析,推测了热氧化降解对PBO纤维分子结构的影响;在不同失重率时几乎相同的热分解活化能,表明无论热分解的气氛如何,PBO纤维的热分解均是一个无规引发的单阶段过程;结合PBO纤维在两种气氛中的热分解机理,解释了分解气氛对残碳率的影响。     

非刻蚀无钯活化化学镀铜Kevlar纤维的制备工艺及性能

表面预处理是制备高性能Kevlar纤维的关键技术.应用一种新颖的"非刻蚀无钯活化"预处理工艺和以二甲氨基硼烷作为还原剂的化学镀铜体系制备了镀铜Kevlar纤维.采用X射线光电子能谱仪(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)、X射线衍射仪(X-raydiffraction, XRD)和高分辨扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)分析不同处理阶段Kevlar纤维的化学组成、晶态结构和表面形貌,并对镀铜Kevlar纤维的结合强度、电学性能、力学性能和热稳定性能进行测试.结果表明,通过此新工艺制备的铜层致密平整,且与基体结合力强,并具有较好的导电性、力学性能和热稳定性能.     

编织加工对聚羟基乙酸纤维降解性能的影响

将聚羟基乙(Polyglycolic Acid,PGA)纤维和编织线置于温度为37℃、pH值为7.4的磷酸盐缓冲液(Phosphate Buffer Solution,PBS)中进行8星期的体外降解实验.通过测试两者在降解过程中的质量损失、pH值、断裂强力、结晶度、表面形态的变化情况,探讨编织加工对PGA纤维降解性能的影响.PGA纤维和PGA编织线的降解趋势大体相同,根据各种性能的变化,两者的降解过程均可分为强力下降期、非结晶区质量损失期、结晶区质量损失期3个阶段,但由于PGA编织线中的纤维排列紧密且具有更高的初始结晶度,编织线的降解在每个阶段内与未经编织的纤维又有所不同.     

改性聚对苯撑苯并双噁唑纤维增强聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能

分别采用稀土溶液（RES）和偶联剂对聚对苯撑苯并双噁唑（PBO）纤维进行表面改性处理,并评价了改性前后PBO与热塑性聚酰亚胺（TPI）复合材料的冲击性能和摩擦磨损性能.结果表明,RES和偶联剂都能够提高PBO纤维与TPI基体之间的界面结合性能,从而提高PBO/TPI复合材料的冲击性能和摩擦磨损性能,而且RES改性处理的方法更有效,在相同的试验条件下,经过RES处理的PBO/TPI复合材料的冲击性能和摩擦磨损性能最优.这是由于经RES改性处理后PBO纤维表面O/C的比率较大,表明RES改性处理PBO纤维表面的含氧活性官能团浓度较高,从而有效提高了纤维与树脂基体之间的结合性能.     

加热温度和时间对棕榈纤维拉伸性能的影响

为研究热处理对棕榈纤维拉伸性能的影响,在不同温度(100～200 ℃,间隔20 ℃)、不同时间(3、6、9 h)条件下对棕榈纤维进行加热处理,并测试其拉伸性能。结果表明:加热温度对棕榈纤维的拉伸性能有极显著影响,随着加热温度的上升,棕榈纤维的杨氏模量逐渐变大,断裂强度和断裂伸长率逐渐降低,并在加热温度为160～180 ℃时纤维的拉伸性能发生突变; 加热时间对棕榈纤维的拉伸性能也有显著影响,即随加热时间的延长,杨氏模量逐渐增大,断裂强度和断裂伸长率逐渐降低。     

PBO纤维表面二氧化钛涂层的构建及其抗紫外光性能研究

为提高聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维的抗紫外老化性能,以3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)为桥梁,在PBO纤维表面构建二氧化钛(TiO2)涂层,并考察了纤维改性前后的表面形貌、界面剪切强度(IFSS)、以及紫外光照射前后的力学性能等变化.研究结果表明,在PBO纤维表面构建二氧化钛涂层后,PBO纤维与树脂的界面剪切强度提高了43.5%;PBO纤维的抗紫外光性能大幅增强,经200 h加速老化实验后其拉伸强度保持率提高了25%.     

PBO单丝断裂微观结构分析

对PBO-AS单丝实施拉伸，通过观察拉伸断裂后的单丝形态，分析单丝断裂强力同单丝微观结构的关系．通过显微镜观察发现，PBO断裂后的单丝微观结构发生变化．提出单丝本身结构和原纤化可能是导致这些结果的主要原因．     

PBO纤维的基本性能实验研究

对PBO纤维的拉伸性能、耐热性等物理性能进行了实验测试,并与F-12 和Kevlar-49芳纶纤维进行了对比,对由PBO纤维与环氧树脂基体复合成型的单向纤维增强环形试样,测试了其拉伸强度、弹性模量和层间剪切强度,结果表明：PBO纤维股纱的拉伸强度比F-12和Kevlar-49分别高24.4%和52.8%以上,单向纤维复合材料的拉伸强度分别高约37.2%和92.8%,而热性也高约166℃,但PBO纤维与环氧树脂基体的界面粘结性很差,层间剪切强度仅为23-27MPa。     

Adhesion of PBO Fiber in Epoxy Composites

The high mechanical and thermal performance of poly p-phenylene- 2, 6-benzobisoxazole ( PBO ) fiber provides great potential applications as reinforcement fibers for composites. A composite of PBO fiber and epoxy resin has excellent electrical insulation properties, therefore, it is considered to be the best choice for the reinforcement in high magnetic field coils for pulsed magnetic fields up to 100 T.However, poor adhesion between PBO fiber and matrix is found because of the chemically inactive and/or relatively smooth surface of the reinforcement fiber preventing efficient chemical bonding in the interface, which is a challenging issue to improve mechanical properties. Here, we report the surface modification of PBO fibers by ultraviolet (UV)irradiation, O2 and NH3 plasma, as well as acidic treatments. The interfacial adhesion strength values of all the treatments show the similar level as determined for aramid fibers by pull-out tests, a significant impact on fibermatrix-adhesion was not achieved. The surface free energy and roughness are increased for both sized and extracted fibers after plasma treatments together with maleic anhydride grafting. The sized fiber shows marginal improvement in adhesion strength and no change in fiber tensile strength because of the barrier effect of the finish.For the extracted fiber, different surface treatments either show no apparent effect or cause reduction in adhesion strength. Atomic force microscopy (AFM) topography analysis of the fracture surfaces proved adhesive failure at the fiber surface. The fiber surface roughness is increased and more surface flaws are induced, which could result in coarse interface structures when the treated fiber surface has no adequate wetting and functional groups. The adhesion failure is further confirmed by similar adhesion strength and compression shear strength values when the fiber was embedded in various epoxy resins with different temperature behavior. The tensile strength of fiber is sensitive to surface treatment conditions as revealed by a bimodal Weibull statistical distribution analysis. Considerable strength reduction occurred, particularly for cases of acidic and plasma treatments, while UV irradiation shows the better ability to retain fiber strength.     

Effect of Temperature and Pre-tension on the Torsion Fatigue of Nomex and Kevlar 49 Filaments

The damage of aramid fibers occurs easily in torsion fatigue.So the effects of temperature and pre-tension on the torsion fatigue lifetimes of Nomex and Kevlar 49 fibers were characterized and compared...     

Kevlar纤维叠层织物防弹机理和性能研究

选取多种形状的冲击体对Kevlar纤维叠层织物进行了弹道冲击实验.研究了Kevlar纤维受冲击时的表观破坏形态和微观损伤机理.结果表明:纤维的变形破坏随冲击物的形状和速度变化呈现出多形态、多阶段模式;纤维的微观变形形态为:除拉伸破坏外,断口处产生大量的侧向劈裂,并且呈现明显的塑性流动.同时研究了试样面密度、冲击速度等因素对材料防弹性能的影响规律.构建了材料防弹性能的一般方程.     

新一代高技术纤维-PBO纤维

对PBO纤维的合成、纺丝工艺以及结构与性能、应用等进行了系统的论述。     

集束PBO纤维增强UHPC性能的研究

钢纤维和PVA纤维是UHPC常用的增强纤维。但是,钢纤维易腐蚀,且容易扎伤人。PVA纤维力学强度不高,限制了其应用。采用集束PBO纤维增强UHPC,考察其流动度、力学强度和收缩性能,并与钢纤维-UHPC、PVA纤维-UHPC进行比较。结果显示集束PBO纤维增强UHPC的综合性能优于PVA纤维增强UHPC,且掺量为2%(体积百分比)时,集束PBO纤维增强UHPC的抗弯性能和收缩性能与钢纤维增强UHPC相当,抗压强度则低20%。     

偶联剂对PBO纤维/树脂界面粘接性能的影响

研究了5种偶联剂及其中的最佳偶联剂的质量分数对聚苯撑苯并二口亚唑（PBO）纤维/树脂复合材料界面粘接性能的影响，研究结果表明，PBO纤维经偶联剂处理后，与树脂/基体间的相容性和化学反应活性得到改善，从而提高了PBO纤维/树脂复合材料界面的粘接强度，其提高的幅度与偶联剂的极性、化学结构及质量分数无有关，最高可达61.3%。     

Kevlar布层间及钢板单搭接黏结性能的试验研究

为了研究Kevlar纤维布层间以及纤维布与钢板单搭接的黏结性能,利用MTS微机控制电子万能试验机,分别对双层Kevlar 49纤维布和Kevlar 49纤维布/钢板单搭接剪切接头的力学性能进行测试.结果表明,双层Kevlar 49纤维布、Kevlar 49纤维布/钢板单搭接剪切接头试样的有效黏结长度分别为25mm和50mm.在有效黏结长度范围内,两种单搭接接头的黏结力均随着黏结长度的增加而增加,但增加幅度逐渐减小,当达到有效黏结长度时,黏结力达到最大值;黏结应力随着黏结长度的增加逐渐降低.本研究结果为土木工程结构补强所用Kevlar纤维布的合理黏结长度提供参考数据.     

Study on PTFE/Kevlar49/PA6 Composites

The mechanical properties and material volume fractions of PTFE/Kevlar49/PA6 composite are studied. The focus of this paper is to get the relationship between the volume fraction of three constituents and the mechanical properties of the composite by doing tensile, hardness and wear test. The effect of the constituent volume fractions was evaluated. Short Kevlar49 fibers reinforced PA6 （Polyamide 6） with PTFE filler were studied in five different combinations. The results of the experiments show that the mechanical properties increase with Keviar fibers increase, then they decrease after the Kevlar fiber volume reaches one number.