芳纶纤维的成型制备方法有哪些?

  芳纶纤维是一种高性能纤维,具有相对密度小、高模量、耐剪切等优异性能,被广泛应用于航空航天、军事、机械等领域,但因芳纶纤维内部具有的高结晶度、高取向度等特殊结构,需对芳纶纤维进行表面改性,以增加纤维表面的粗糙度和引人有化学反应活性的官能团,提升与基体之间的反应活性,增强与基体之间的粘结性能。为改善界面结合芳纶纤维增强树脂基复合材料的成型工艺日趋成熟,所衍生的制备方法有很多种,本文综述了几种常用的制备方法。

  1.拉挤成型

  该技术是指通过加热模具把浸润过树脂的增强纤维拉出,制备所需形状的复合材料例。通过对成型工艺设备进行改进.采用拉挤成型技术成功制备了加固用连续芳纶纤维增强热塑性树脂基复合材料片材。性能测试结果发现,所制备材料的纤维体积率在60%~70%之间,吸水性低,浸渍效果好,纤维与树脂之间具有良好的粘结性。采用拉挤成型技术制备了芳纶纤维增强抗冲共聚聚丙烯树脂基复合材料。测试结果发现,复合材料的弯曲强度与加人的芳纶纤维质量分数之间呈正比关系,拉伸强度与加入的芳纶纤维质量分数之间呈抛物线关系,且当芳纶纤维的质量分数为20%时,复合材料的拉伸强度达到最大值,芳纶纤维的加人提高了复合材料的储能模量及抗形变能力。

  2.模压成型

  该技术是指将一定量的预混料或 者预浸料加入金属对膜内,经加热、加压后使其固化成型的制备方法叫。采用模压成型技术制备了连续芳纶纤维增强热塑性树脂基复合材料,并研究了成型过程中温度和压力之间的关系。性能表征结果发现,树脂与纤维之间的浸润性能良好,当纤维体积分数为83.3%时,制备片材的拉伸强度能够达到1570MPa,拉伸弹性模量最大可达到102GPa,具备优异的力学性能。采用模压成型技术制备了芳纶纤维增强酚醛树脂基复合材料,研究了成型过程中的各项工艺参数。测试结果发现,成型压力3MPa,成型温度160℃,成型时间40min及后处理温度200℃是芳纶纤维增强酚醛树脂基复合材料的最优成型工艺参数,所制备的复合材料具有优异的抗弹性能。

  3.树脂传递模塑(RTM)成型

  RTM成型的原理是先将预成型好的增强纤维铺放于模具中,然后借助RTM设备将液态的树脂材料注人模具中,对纤维进行充分地浸润.最后利用烘箱烘干固化后形成所制备材料的成型方法。研究人员采用RTM成型技术,以芳纶/聚酯编织布增强环氧树脂复合材料为主,聚酯表面毡增强环氧树脂富胶层为内外防腐层,制备了芳纶纤维增强环氧树脂绝缘拉杆。测试结果发现,制备的绝缘拉杆材料的弯曲强度达到200MPa以上,径向电气性能达到11.35kV/mm,吸水率最高为0.27%,具有优异的力学、电学性能。采用RTM成型技术制备材料的弯曲.剪切及冲击性能都得到提高。

  4.湿法缠绕成型

  该技术是指在张力控制下,按照一定规律将浸渍过树脂胶液的连续纤维缠绕在模具上,经固化、脱模等工序后,获得制品的成型制备方法。从湿法缠绕成型工艺人手研制出与F-12芳纶纤维匹配性良好的HR18湿法环氧配方,在此基础上开展了湿法成型制备φ150 mm压力容器的性能研究。测试结果发现:研制的HR18湿法环氧配方与F-12芳纶纤维的匹配性和工艺性良好.制备的φ150 mm压力容器的容器特性系数平均在37 km以上,相比干法缠绕成型.该成型技术具有纤维磨损小、生产效率高等优点。

  芳纶纤维增强树脂基复合材料因其优异的力学、电学性能等得到广泛应用。目前国内研究者对芳纶纤维增强树脂基复合材料的研究主要集中在表面改性方法研究上。与国外研究相比,在制备工艺及工业化生产方面还存在一定的差距,不能很好地指导具体的生产实践。未来芳纶纤维增强树脂基复合材料将朝着多角度、易工业化、低成本及减少对人体和环境危害的方向发展。