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        濕熱老化對(duì)PBO纖維/環(huán)氧樹(shù)脂單向復(fù)合材料彎曲性能的影響①

        2014-01-16 01:49:52汪益龍劉小云莊啟昕韓哲文
        固體火箭技術(shù) 2014年5期
        關(guān)鍵詞:單向環(huán)氧環(huán)氧樹(shù)脂

        汪益龍,劉小云,莊啟昕,韓哲文

        (特種功能高分子材料及相關(guān)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200237)

        0 引言

        纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料是以樹(shù)脂為基體、纖維為增強(qiáng)體,采用先進(jìn)復(fù)合材料成型加工技術(shù)制備而成的一系列高性能復(fù)合材料。由于具有比強(qiáng)度比模量高、抗疲勞性好、斷裂安全性能好、減震能力強(qiáng)、高溫性能好、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料已成為現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)的四大結(jié)構(gòu)材料之一,在航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。PBO纖維作為一種高強(qiáng)高模耐高溫的高性能纖維,是纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的理想纖維增強(qiáng)材料[1]。

        PBO纖維在使用過(guò)程中,易受光老化和濕熱老化的影響,造成PBO纖維性能大幅下降[2-4]。本課題組對(duì)PBO纖維的光老化、濕熱老化及防老化問(wèn)題進(jìn)行了大量研究[5-11],但在 PBO 纖維/樹(shù)脂復(fù)合材料中,PBO纖維由于包裹在樹(shù)脂中,不會(huì)受紫外線直接照射,因此光老化問(wèn)題顯得不很突出,而濕熱老化對(duì)復(fù)合材料性能的影響較大。為此,本文重點(diǎn)研究PBO纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料(PBO/環(huán)氧復(fù)合材料)的濕熱老化。

        本文以PBO/環(huán)氧單向復(fù)合材料作為模型,研究了濕熱老化對(duì)PBO/環(huán)氧復(fù)合材料彎曲性能的影響,分析了PBO/環(huán)氧復(fù)合材料濕熱老化的特點(diǎn),為PBO纖維復(fù)合材料在使用過(guò)程中的老化問(wèn)題及使用的可靠性提供指導(dǎo)。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 實(shí)驗(yàn)原料及實(shí)驗(yàn)方法

        (1)實(shí)驗(yàn)原料

        PBO纖維為自制,環(huán)氧樹(shù)脂牌號(hào)為618,固化劑選用甲基六氫苯酐,固化促進(jìn)劑選用DMP-30。為了避開(kāi)其他因素的干擾,單純研究濕熱老化對(duì)PBO/環(huán)氧復(fù)合材料性能的影響,因此使用的是沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何表面處理的原始PBO纖維。

        (2)單向纖維復(fù)合材料的制備

        按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2567—2008,首先將環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑及固化促進(jìn)劑按100∶80∶1混合,并攪拌均勻制成膠液;分別在各個(gè)型腔軸向的兩端拉緊固定均勻的纖維束;然后將配制好的樹(shù)脂膠液澆入模具中,加熱固化成型。

        PBO/環(huán)氧單向復(fù)合材料試樣尺寸為120 mm×15 mm×6 mm,試樣示意圖如圖1所示。其中,環(huán)氧樹(shù)脂的固化工藝為:先在100℃下固化2 h,再在120℃下固 化 4 h,在 150 ℃ 下 固 化 5 h,最 后 在180℃下固化1 h。

        圖1 PBO/環(huán)氧單向復(fù)合材料試樣圖Fig.1 diagram of PBO fiber/epoxy unidirectional composite sample

        (3)單絲拔出實(shí)驗(yàn)

        單絲拔出實(shí)驗(yàn)用來(lái)測(cè)試PBO纖維與環(huán)氧樹(shù)脂基體的界面剪切強(qiáng)度。其制樣和測(cè)試方法如下。

        制樣:截取長(zhǎng)度為80 mm的PBO纖維,將其兩端固定在長(zhǎng)為30 mm、寬為20 mm的紙框上。將環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑及固化促進(jìn)劑按100∶80∶1混合,并攪拌均勻制成膠液,然后用細(xì)針頭吸取膠液,并擠出使之包裹在纖維單絲上,然后按照前述環(huán)氧樹(shù)脂固化工藝固化。要求纖維在樹(shù)脂顆粒中的包埋長(zhǎng)度基本相同,制樣和測(cè)試示意圖見(jiàn)圖2。

        界面剪切強(qiáng)度測(cè)試:采用常州雙固公司的YG020B型電子單紗強(qiáng)力儀進(jìn)行界面剪切強(qiáng)度測(cè)試。將制好的樣品夾在夾具中間,小球卡在卡孔上,夾持長(zhǎng)度為20 mm,拉伸速度為20 mm/min,每組測(cè)試30個(gè)有效數(shù)據(jù)。

        圖2 單絲拔出強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)制樣和測(cè)試示意圖Fig.2 diagram of the IFSS test sample and measurement

        界面剪切強(qiáng)度計(jì)算

        式中 F為拔出載荷,N;D為纖維直徑,μm;le為纖維包埋長(zhǎng)度,mm。

        (4)濕熱老化試驗(yàn)

        在氙氣耐氣候試驗(yàn)箱(型號(hào)SN-500,上海林頻科技有限公司)中進(jìn)行濕熱老化試驗(yàn);其中相對(duì)濕度0%的條件是在真空烘箱中模擬進(jìn)行。

        1.2 分析與測(cè)試

        X射線光電子能譜儀(XPS)型號(hào)為 VG-ESALAB250,電壓15 kV,輸出功率250 W,能量和能量差分別為20 eV和0.05 eV,采用電荷中和和碳污染峰Cls(285.0 eV)作為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。彎曲性能在深圳市新三思材料檢測(cè)有限公司的CMT4204型拉伸試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試,測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T 9341—2000,每組測(cè)試至少20個(gè)有效數(shù)據(jù)。掃描電鏡測(cè)試儀器為JEOL公司的JSM—6360LV型掃描電鏡,樣品在測(cè)試前經(jīng)噴金處理。吸水率按GB 1304—1998標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 PBO/環(huán)氧單向復(fù)合材料的濕熱老化

        通常情況下,單向纖維復(fù)合材料的軸向性能基本不受濕熱環(huán)境的影響,而橫向性能和剪切性能則受濕熱環(huán)境的影響較大,主要表現(xiàn)為彎曲強(qiáng)度、層間剪切強(qiáng)度等性能的下降[12-13]。因此,在單向復(fù)合材料的濕熱老化中,多通過(guò)測(cè)試材料的彎曲性能變化來(lái)研究其濕熱老化。測(cè)試了PBO/環(huán)氧單向復(fù)合材料在高溫、高濕(80℃,相對(duì)濕度80%)環(huán)境下老化不同時(shí)間的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量變化圖,如圖3所示。

        由圖3可見(jiàn),高溫、高濕情況下,PBO/環(huán)氧單向復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量先快速下降,隨著老化時(shí)間的增加,彎曲強(qiáng)度和彎曲模量呈下降的趨勢(shì)。在老化200 h后其強(qiáng)度和模量的保持率分別只有71.6%和64.7%,高溫高濕的環(huán)境對(duì)復(fù)合材料的彎曲性能的影響非常明顯。將老化不同時(shí)間后單向復(fù)合材料進(jìn)行彎曲強(qiáng)度測(cè)試后的樣品,用掃描電鏡檢測(cè)纖維和復(fù)合材料斷裂面,見(jiàn)圖4。

        圖3 濕熱老化下PBO纖維/環(huán)氧樹(shù)脂單向復(fù)合材料彎曲性能的變化Fig.3 Effects of hygrothermal aging on bending properties of PBO fiber/epoxy resin unidirectional composites

        圖4 PBO/環(huán)氧單向復(fù)合材料濕熱老化后斷裂面形貌Fig.4 Fracture surface morphology of PBO fiber/epoxy unidirectional composite after hygrothermal aging

        從圖4可見(jiàn),未經(jīng)濕熱老化的復(fù)合材料,在斷裂后PBO纖維的表面粘有很多的樹(shù)脂,而纖維抽出后復(fù)合材料上孔洞的內(nèi)壁也顯得較為粗糙,有較多的突起,這是PBO纖維與環(huán)氧樹(shù)脂界面粘接性能尚好的表現(xiàn)。而在高溫高濕的條件下老化100 h后,PBO纖維的表面粘附的樹(shù)脂明顯變少,纖維抽出后的孔洞內(nèi)壁只有較少的突起,與未老化的樣品相比可見(jiàn)孔洞的粗糙度也有所降低。老化200 h后,PBO纖維表面粘附的樹(shù)脂很少,樹(shù)脂孔洞的內(nèi)壁面也非常光滑,表明纖維與樹(shù)脂之間的界面粘接性能已較差,纖維不再起到承受應(yīng)力的作用。酸酐固化環(huán)氧純樹(shù)脂的彎曲強(qiáng)度一般可達(dá)80~100 MPa,而PBO/環(huán)氧樹(shù)脂單向復(fù)合材料在濕熱老化200 h后,由于界面劣化,此時(shí)復(fù)合材料基本上就是體現(xiàn)為純樹(shù)脂的彎曲強(qiáng)度值。

        此外,從圖4可看到,無(wú)論老化100 h還是200 h,在進(jìn)行彎曲強(qiáng)度測(cè)試時(shí),即使樣條已被折斷,纖維仍沒(méi)有受到明顯破壞,而是直接從樹(shù)脂基體中脫落。這說(shuō)明高性能的PBO纖維的力學(xué)強(qiáng)度非常好,這也表明PBO/環(huán)氧復(fù)合材料在高溫、高濕環(huán)境下老化失效的主要原因不是纖維失效,而是纖維與樹(shù)脂界面的劣化。

        為了分析其界面劣化的影響因素,分別研究了濕度和溫度對(duì)PBO/環(huán)氧單向復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。圖5為單向復(fù)合材料在相同濕度、不同溫度條件下濕熱老化過(guò)程(相對(duì)濕度80%,溫度分別為50、65、80℃)中彎曲強(qiáng)度的變化;圖6是單向復(fù)合材料在相同溫度、不同濕度下老化過(guò)程(溫度為80℃,相對(duì)濕度分別為0%、50%、65%、80%)中彎曲強(qiáng)度的變化。

        從圖5可看到,在相對(duì)濕度80%的高濕條件下,不同溫度下濕熱老化的差異并不大,在80℃下老化100 h后,彎曲強(qiáng)度保持率為80.1%;而即使將老化溫度降至50℃,彎曲強(qiáng)度保持率也仍有82.4%。因此,在高濕度的情況下老化,復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度對(duì)溫度并不算敏感。但是,同樣在80℃的高溫條件下,當(dāng)濕度降至50%時(shí),老化100 h后,彎曲強(qiáng)度保持率為86.0%,差別非常明顯。此外,當(dāng)在真空烘箱中模擬進(jìn)行濕度為0%的老化時(shí),發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料穩(wěn)定性非常好,在100 h后彎曲強(qiáng)度保持率仍在95%以上。這說(shuō)明水分在PBO/環(huán)氧單向復(fù)合材料的濕熱老化過(guò)程中起著重要的作用。

        圖5 溫度對(duì)PBO/環(huán)氧單向復(fù)合材料濕熱老化彎曲強(qiáng)度的影響Fig.5 Effect of temperature on the bending strength of PBO fiber/epoxy unidirectional composite

        圖6 濕度對(duì)PBO/環(huán)氧單向復(fù)合材料濕熱老化彎曲強(qiáng)度的影響Fig.6 Effect of humidity on the bending strength of PBO fiber/epoxy unidirectional composite

        纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的濕熱老化機(jī)理是在濕與熱的共同作用下體現(xiàn)的。有研究認(rèn)為溫度對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能影響更為顯著,也有很多研究將濕度與溫度的影響作為共同作用因子一起研究,認(rèn)為無(wú)法區(qū)分溫度與濕度的影響[14-16]。而本研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于PBO/環(huán)氧單向復(fù)合材料的濕熱老化,彎曲強(qiáng)度的變化對(duì)濕度比對(duì)溫度更為敏感,有著不同于其他傳統(tǒng)纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的特殊性。究其原因,應(yīng)該與PBO纖維的特殊性有關(guān)。

        為了深入研究,對(duì)PBO纖維的表面進(jìn)行了XPS測(cè)試,分別對(duì) C、N元素做了高精度掃描,并使用 XPSPEAK軟件對(duì)元素進(jìn)行了分峰擬合,其結(jié)果如圖7所示。通過(guò)電子結(jié)合能的比對(duì),以確定PBO纖維表面存在的基團(tuán)情況[17-19],用于分析 PBO纖維的表面元素狀況。

        圖7 PBO纖維XPS高精度掃描的分峰結(jié)果Fig.7 Peak results of the XPS high precision scanning of PBO fiber

        圖7中的Si元素為PBO分子結(jié)構(gòu)中沒(méi)有的元素,可能來(lái)源于纖維表面殘存的紡絲油劑中的聚硅氧烷,對(duì)PBO纖維的表面性能影響甚微。C1s譜圖中的C—C、C—H,C—N、C—O,C=N 基團(tuán)均為 PBO 分子中所含有的基團(tuán),N1s譜圖中的 C—N,C≡N,Ph—CN,Ph—NH基團(tuán)也歸屬于PBO分子,這些基團(tuán)都是PBO分子中的惰性基團(tuán),在纖維與樹(shù)脂復(fù)合時(shí)不易與樹(shù)脂基體產(chǎn)生作用力。而一些較明顯的活性基團(tuán)例如羰基、羧基和酰胺基在譜圖中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。這表明PBO纖維的表面化學(xué)活性較低,當(dāng)其與樹(shù)脂進(jìn)行復(fù)合時(shí),由于PBO纖維表面沒(méi)有活性基團(tuán),其與樹(shù)脂的浸潤(rùn)性差,界面結(jié)合主要靠范德華力這種較弱的作用力;另一方面,PBO纖維的表面非常光滑,在與樹(shù)脂基體復(fù)合時(shí),物理嚙合作用較弱,造成界面結(jié)合力不強(qiáng)[1]。

        因此,與其他有機(jī)纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料相比,PBO纖維有其特殊性,這種特殊性導(dǎo)致在濕熱環(huán)境中PBO纖維與樹(shù)脂基體的界面很容易首先受到影響,使得界面惡化,界面粘接性能降低,造成復(fù)合材料的彎曲性能下降。

        根據(jù)以上分析及前面的復(fù)合材料的濕熱老化實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,推測(cè)在PBO/環(huán)氧復(fù)合材料的濕熱老化中,所觀察到的老化失效現(xiàn)象,實(shí)際上是PBO纖維與環(huán)氧樹(shù)脂基體之間的界面失效。也就是說(shuō),由于PBO纖維表面光滑且呈現(xiàn)化學(xué)惰性,因此在復(fù)合材料中PBO纖維無(wú)法被環(huán)氧樹(shù)脂基體充分浸潤(rùn),纖維與環(huán)氧樹(shù)脂在界面上的作用力大部分為較弱的范德華力,界面的破壞相對(duì)其他纖維復(fù)合材料來(lái)說(shuō)更為容易;在高濕度環(huán)境下,水分子非常容易進(jìn)入PBO纖維與環(huán)氧樹(shù)脂之間的孔隙,使纖維與樹(shù)脂間本來(lái)就弱的作用力更弱了。而PBO纖維本身是一種耐高溫高性能纖維,高溫對(duì)纖維本身老化的影響很小;溫度對(duì)復(fù)合材料濕熱老化的影響,主要體現(xiàn)為高溫有利于水分子在材料孔隙中的活動(dòng)和擴(kuò)散?;蛘哒f(shuō),正是由于PBO纖維的特殊性,導(dǎo)致了相對(duì)其他纖維復(fù)合材料而言,PBO/環(huán)氧復(fù)合材料的濕熱老化對(duì)濕度更為敏感。

        為了檢驗(yàn)上述推測(cè),進(jìn)一步測(cè)試了在80℃、相對(duì)濕度80%條件下PBO/環(huán)氧復(fù)合材料及純環(huán)氧樹(shù)脂吸水率曲線,如圖8所示。

        圖8 材料吸水率曲線Fig.8 The absorption of materials

        從圖8可看出,復(fù)合材料的吸水率經(jīng)歷了先快速增加和后緩慢增加的過(guò)程。在整個(gè)老化過(guò)程中復(fù)合材料的吸水率都要高于純環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)比樣。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[12],復(fù)合材料的吸水主要分為基體、纖維及復(fù)合材料界面3個(gè)方面。由于復(fù)合材料的基體還是環(huán)氧樹(shù)脂,而PBO的分子結(jié)構(gòu)決定了其吸水率很低,因此復(fù)合材料所增加的吸水量應(yīng)大部分源于PBO/樹(shù)脂界面的孔隙所吸收的水分。對(duì)比復(fù)合材料彎曲性能曲線(圖3)與圖8吸水率曲線可發(fā)現(xiàn),隨著吸水率的逐步增加,復(fù)合材料的彎曲性能逐步降低,說(shuō)明水分的存在與復(fù)合材料的彎曲性能下降關(guān)系密切。

        另外,圖8中的吸水率曲線中,PBO/環(huán)氧單向復(fù)合材料吸水速度要快于純環(huán)氧樹(shù)脂,這可能是由于水分?jǐn)U散方式的不同造成的。一般來(lái)說(shuō),水分進(jìn)入復(fù)合材料有2種途徑[20]:第一,通過(guò)纖維與樹(shù)脂基體界面的毛細(xì)作用;第二,通過(guò)樹(shù)脂基體的擴(kuò)散作用。毛細(xì)作用的擴(kuò)散速度要大于擴(kuò)散作用。相對(duì)與純環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)說(shuō),復(fù)合材料由于PBO/樹(shù)脂界面缺陷的存在,界面處孔隙較多,毛細(xì)作用在界面處的存在導(dǎo)致復(fù)合材料的吸水率上升要快于純環(huán)氧樹(shù)脂。因此復(fù)合材料的濕熱老化過(guò)程受濕度的影響也較普通的纖維復(fù)合材料更為明顯。

        在纖維/樹(shù)脂復(fù)合材料中,纖維與樹(shù)脂基體的結(jié)合性如果較好,高強(qiáng)度的纖維會(huì)承受應(yīng)力,從而起到增強(qiáng)樹(shù)脂力學(xué)性能的作用。但在PBO/環(huán)氧復(fù)合材料中,由于其界面作用相比其他傳統(tǒng)增強(qiáng)纖維較差,復(fù)合材料的界面中孔隙較多,容易吸水;因此當(dāng)PBO復(fù)合材料經(jīng)過(guò)濕熱老化吸水后,界面容易惡化,使得應(yīng)力無(wú)法順利傳導(dǎo)到高強(qiáng)度的PBO纖維上,而大部分由環(huán)氧樹(shù)脂承擔(dān),PBO纖維的增強(qiáng)效果體現(xiàn)不出來(lái),容易由此造成復(fù)合材料力學(xué)性能降低。

        2.2 濕熱老化對(duì)PBO/環(huán)氧界面剪切強(qiáng)度的影響

        研究發(fā)現(xiàn),PBO/環(huán)氧單向復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度在濕熱老化中的變化,在很大程度上歸因于水分對(duì)纖維與樹(shù)脂界面的破壞,并最終使得纖維從樹(shù)脂中滑脫。為了進(jìn)一步研究濕熱老化對(duì)PBO纖維/環(huán)氧樹(shù)脂界面剪切強(qiáng)度的影響,發(fā)現(xiàn)界面剪切強(qiáng)度是直接表征纖維與樹(shù)脂基體界面粘接性能的重要指標(biāo)。界面剪切強(qiáng)度通常采用單絲拔出強(qiáng)度法來(lái)測(cè)定,單絲拔出試樣可視為微型的單向復(fù)合材料,其纖維與環(huán)氧樹(shù)脂的界面更易于觀察,可讓濕熱老化對(duì)PBO纖維與環(huán)氧樹(shù)脂界面的破壞現(xiàn)象變得更加明顯。本文分別對(duì)不同溫度、濕度條件下的PBO/環(huán)氧試樣進(jìn)行濕熱老化試驗(yàn),并測(cè)定了其界面剪切強(qiáng)度,見(jiàn)圖9。

        從圖9中可看出,在3種濕度和3種溫度條件下,PBO/環(huán)氧界面剪切強(qiáng)度的變化趨勢(shì)基本相同,均在老化初期有快速的下降,然后緩慢下降。在74℃、相對(duì)濕度65%條件下老化125 h后,PBO/環(huán)氧界面剪切強(qiáng)度降低到2.2 MPa,其強(qiáng)度保持率僅為26.2%,而在54℃、相對(duì)濕度50%條件下老化125 h后,PBO/環(huán)氧界面剪切強(qiáng)度為4.5 MPa,其強(qiáng)度保持率為53.1%。濕熱老化的溫度越高或濕度越大,界面剪切強(qiáng)度下降趨勢(shì)也越明顯。這是因?yàn)殡S環(huán)境濕度的升高,周?chē)h(huán)境中的水分更容易通過(guò)擴(kuò)散作用及毛細(xì)作用進(jìn)入PBO/環(huán)氧界面,導(dǎo)致PBO/環(huán)氧界面逐漸破壞;而溫度升高會(huì)加快水分子的熱運(yùn)動(dòng),起到加速水分?jǐn)U散的作用。濕度與溫度對(duì)PBO/環(huán)氧界面剪切強(qiáng)度的影響趨勢(shì)與對(duì)PBO/環(huán)氧單向復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的影響趨勢(shì)基本相同。另一方面,將濕熱老化過(guò)程中界面剪切強(qiáng)度變化曲線與彎曲性能變化曲線對(duì)比,發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料界面剪切強(qiáng)度在濕熱老化25 h就有大幅下降,比單向復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度下降速度要快。這可能是因?yàn)閱谓z拔出實(shí)驗(yàn)中試樣厚度較薄,與環(huán)境接觸的比表面積大,水分子更易滲透進(jìn)入材料內(nèi)部和達(dá)到吸濕平衡的緣故。

        圖9 濕熱老化中溫度及濕度對(duì)PBO纖維與環(huán)氧樹(shù)脂界面剪切強(qiáng)度的影響Fig.9 Effect of temperature and humidity on the interfacial shear strength of PBO fiber and epoxy resin

        圖10選取了濕熱老化條件為54℃、相對(duì)濕度65%的一組試樣,觀察了不同老化時(shí)間下的試樣在拔出實(shí)驗(yàn)中和拔出實(shí)驗(yàn)后試樣的表面形貌。

        圖10中,左圖均為PBO纖維拔出一部分時(shí)的表面形貌,右圖均為PBO纖維完全拔出后環(huán)氧樹(shù)脂上留下的小孔的形貌。從圖中可看到,未經(jīng)老化的PBO纖維拔出過(guò)程中表面粘有較多的樹(shù)脂,纖維在拔出過(guò)程中由于界面剪切強(qiáng)度較大出現(xiàn)了較大的變形,纖維拔出后小孔的內(nèi)表面則較為粗糙,說(shuō)明PBO纖維與環(huán)氧樹(shù)脂基體有一定的粘合作用力。而隨濕熱老化的進(jìn)行,在老化50 h后,由于水分的滲入與破壞,PBO纖維與環(huán)氧樹(shù)脂基體的界面粘結(jié)能力出現(xiàn)下降,拔出后纖維上附著的樹(shù)脂變少了,纖維的形變也較小,環(huán)氧樹(shù)脂小球上小孔的內(nèi)表面也變得光滑一些。到了老化125 h,PBO纖維的表面幾乎沒(méi)有樹(shù)脂的粘附,小孔的內(nèi)壁也非常光滑,纖維在拔出時(shí)幾乎沒(méi)有形變。

        對(duì)比PBO/環(huán)氧單向復(fù)合材料濕熱老化彎曲強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)中試樣界面形貌變化的電鏡照片,可看到同樣的規(guī)律,只不過(guò)在濕熱老化界面剪切強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)中,這種界面的破壞展現(xiàn)的更加明顯。

        圖10 界面剪切強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)中PBO纖維與環(huán)氧樹(shù)脂的界面形貌Fig.10 Interface morphology of PBO fiber and epoxy resin in the IFSS test

        2.3 PBO/環(huán)氧復(fù)合材料濕熱老化的特點(diǎn)及防護(hù)

        高性能PBO纖維由于其自身穩(wěn)定性和耐熱性均非常好,因此在濕熱老化中復(fù)合材料失效的主要原因是纖維與樹(shù)脂界面的失效,主要特點(diǎn)有:(1)濕度對(duì)PBO/環(huán)氧復(fù)合材料力學(xué)性能的影響相比起溫度而言更為顯著,在低濕度的條件下,即使是高溫度,復(fù)合材料的耐濕熱老化性能也非常好;(2)濕熱老化的過(guò)程主要表現(xiàn)為水分子吸附、滲透和擴(kuò)散進(jìn)入材料內(nèi)部,造成PBO纖維與環(huán)氧樹(shù)脂界面的破壞。

        為解決PBO纖維復(fù)合材料的濕熱老化問(wèn)題,需從內(nèi)外兩方面下功夫。在內(nèi)因方面,要提高纖維與樹(shù)脂基體的浸潤(rùn)性和粘接力,這種粘接力不應(yīng)該顯著受到水分子潤(rùn)滑作用的影響。如對(duì)PBO纖維表面進(jìn)行電暈處理、表面化學(xué)修飾、表面偶聯(lián)劑處理、輻射處理、表面接枝改性、換用其他與PBO纖維浸潤(rùn)性更好的基體樹(shù)脂等;在外因方面,則需最大可能地隔絕水分,如對(duì)復(fù)合材料的表面做防水處理,使用防水涂層或其他防水手段等。

        3 結(jié)論

        (1)在PBO/環(huán)氧單向復(fù)合材料濕熱老化中,濕度和溫度升高均會(huì)加速?gòu)澢鷱?qiáng)度性能的下降,但濕度對(duì)復(fù)合材料彎曲性能的影響更為顯著。

        (2)濕度對(duì)復(fù)合材料彎曲性能影響更顯著的原因在于PBO纖維的表面含有活性基團(tuán)較少,表面形貌光滑,纖維與環(huán)氧樹(shù)脂基體的界面結(jié)合力主要是較弱的范德華力,容易受到水分子的影響。

        (3)濕熱老化對(duì)PBO/環(huán)氧復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度的影響規(guī)律與對(duì)單向復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度的影響規(guī)律基本相似,主要表現(xiàn)為PBO纖維與環(huán)氧樹(shù)脂界面的破壞,但界面的破壞程度要更明顯。

        [1] 樊黎紅,錢(qián)軍,劉小云,等.納米TiO2涂覆法改善PBO纖維/環(huán)氧樹(shù)脂界面剪切強(qiáng)度[J].固體火箭技術(shù),2010,33(4):472-476.

        [2] Zhang Chun-hua,Huang Yu-dong,Yuan Wen-jing,et al.UV aging resistance properties of PBO fiber coated with nano-ZnO hybrid sizing[J].Journal of Applied Polymer Science,2011,120(4):2468-2476.

        [3] So Y H.A study of benzobisoxazole and benzobisthiazole compounds and polymers under hydrolytic conditions[J].Polym.Sci.,Part A:Polym.Chem.,1999,37:2637-2643.

        [4] Peter J W,Hu Xiao-bo.Environmental effects on Poly-P-phenylenebenzobisoxazole fibersⅡattempts at stabilization[J].Journal of Applied Polymer Science,2006,102(4):3819-3829.

        [5] Song Bo,Zhuang Qi-xin,Ying Ling-hui,et al.Photostabilization of poly(p-phenylenebenzobis-oxazole)fiber[J].Polymer Degradation and Stability,2012,97:1569-1576.

        [6] Song Bo,F(xiàn)u Qian,Ying Ling-hui,et al.Study on photoaging of poly(p-phenylene benzobisoxazole)fiber[J].Journal of Applied Polymer Science,2012,124(2):1050-1058.

        [7] Fu Qian,Zhang Hui-ru,Song Bo,et al.Mechanism of degradation of poly(p-phenylene benzobisoxazole)under hydrolytic conditions[J].Journal of Applied Polymer Science,2011,121(3):1734-1739.

        [8] 應(yīng)靈慧,宋波,劉小云,等.PBO纖維自然老化與加速老化的相關(guān)性研究[J].固體火箭技術(shù),2013,36(1):107-112.

        [9] 宋波,傅倩,劉小云,等.PBO纖維的紫外光老化及防老化研究[J].固體火箭技術(shù),2011,34(3):378-383.

        [10] 傅倩,宋波,劉小云,等.PBO在強(qiáng)質(zhì)子酸溶液中的穩(wěn)定性研究[J].功能高分子學(xué)報(bào),2010,23(4):334-339.

        [11] 宋波,傅倩,劉小云,等.環(huán)境因素對(duì)PBO纖維老化的影響和儲(chǔ)存壽命預(yù)測(cè)[J].材料研究學(xué)報(bào),2010,24(5):487-492.

        [12] 李野,陳業(yè)標(biāo).飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的濕熱老化效應(yīng)[J].結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究,2000(1):14-19.

        [13] 張亞娟,齊暑華.復(fù)合材料老化方法研究進(jìn)展[J].工程塑料應(yīng)用,2002,30(1):39-41.

        [14] 常新龍,王若雨,鄭路.SRM復(fù)合材料殼體濕熱老化雙因素顯著性研究[J].纖維復(fù)合材料,2008,(2):31-33.

        [15] 張阿櫻,張東興,李地紅,等.碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂層壓板濕熱性能研究進(jìn)展[J].中國(guó)機(jī)械工程,2011,22(4):494-498.

        [16] 肖迎紅,汪信,陸路德,等.玻纖增強(qiáng)熱塑性聚酯復(fù)合材料濕熱老化研究[J].工程塑料應(yīng)用,2001,29(9):35-37.

        [17] Eduardo Lorenzo-Villafranca,Katia Tamargo-Mart’nez,Jon M,et al.Influence of plasma surface treatments on kink band formation in PBO fibers during compression[J].Journal of Applied Polymer Science,2012,123:2052-2063.

        [18] Liu Zhe,Chen Ping,Han De-bin,et al.Atmospheric air plasma treated PBO fibers:Wettability,adhesionand aging behaviors[J].Vacuum,2013,92:13-19.

        [19] Ray B C.Temperature effect during humid ageing on interfaces of glass and carbon fibersreinforced epoxy composites[J].Journal of Colloid and Interface Science,2006,298(1):111-117.

        [20] 田莉莉,劉道新,張廣來(lái),等.溫度和應(yīng)力對(duì)碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料吸濕行為的影響[J].玻璃鋼/復(fù)合材料,2006(3):14-18.

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