三维编织超高分子量聚乙烯纤维增强有机玻璃复合材料的性能研究

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1、摘要本实验采用真空浸渍法制备了三维编织超高分子量聚乙烯纤维增强有机玻璃(UHMWPE3rCPMMA)以及长碳纤维增强有机玻璃复合材料(CffPMMA)，优化了真空浸渍工艺的各项工艺参数。并尝试用RTM工艺制备了超高分子量聚乙烯长纤维增强有机玻璃复合材料(I用MWPEt／PMMa)，确定了RIM工艺制备有机玻璃基复合材料的可行性，并得到了优于真空浸渍工艺的试样表面质量和综合力学性能。超高分子量聚乙烯纤维经铬酸溶液处理后，表面粗糙度增加，含氧基团含量增加，与复合材料基体的界面结合能力提高。纤维经氧化处理后再用硅烷偶联剂处理表面粗糙度

2、没有明显变化，但含氧基团含量又有增加，偶联剂一方面与纤维表面形成化学键，一方面又与基体发生基团反应，使纤维和基体结合的更牢固。纤维经表面处理后增强的复合材料除冲击强度有所降低外，弯曲性能和剪切强度都有不同程度提高。随着编织纤维体积含量的增加，材料的弯曲强度、弯曲模量和横向剪切强度都是先增大后减小，并都在纤维含量为37．8％时达到最大值。材料的纵向剪切强度随纤维含量的增加呈下降趋势，材料的冲击强度没有明显规律。超高分子量聚乙烯纤维增强有机玻璃复合材料具有良好的抗吸湿性能，所测试样中最大平衡吸湿率只有2．46％。纤维的加入、纤维的增

3、强方式、纤维的表面处理、不同的纤维体积含量以及外加载荷对复合材料的吸湿性能都有一定影响。吸湿达到平衡后材料的力学性能较吸湿前略有降低。在对长碳纤维增强有机玻璃(Ct／PMMA)复合材料研究中，表明纤维经空气氧化处理后综合力学性能有所提高。另外，纤维的体积含量、纤维的增强方式以及纤维编织参数对材料的性能都有影响。无机纤维碳纤维增强有机玻璃复合材料与有机纤维超高分子量聚乙烯纤维增强有机玻璃复合材料相比具有优良的弯曲性能。但超高分子量聚乙烯纤维自身优良的塑性和韧性也赋予了复合材料更优越的冲击性能。关键词：复合材料；有机玻璃；超高分子量

4、聚乙烯纤维；真空浸渍：机械性能：吸湿性能ABSTRACTUHMWPE3D／PMMAcompositesandCL／PMMAcompositeswerepreparedbyusingvacullmimpregnationtechnique．RTMtechnicsWaSalsousedtoprepareUHMWPEL／PMMAcomposites．ThecompositespreparedbyusingRTMbeofbetterqualityandbetterintegrationmechanicperformancethanthe

5、compositespreparedbyvacuumimpregnationtechnique．Thefibers’surfaceroughnessincreaSedasthefibers’oxidationtreatmentcarriedout，SOtheinterfaceamongthefibersandtheresinsWasimproved．Althoughchangesofthefibers’surfaceroughnessresultedfromcouplingtreatementwerenotclear，chemi

6、calbondsamongthefibersandtheresinscalTleintobeing，whichmadetheinterfacecombiningmorefirmly．TheimpactingstrengthofUHMWPE3tdPMMAcompositesdecreasedasthefiberstreated，butthebendingstrengthandtheshearstrengthincreased．Thebendingstrength，bendingmodulusandthetransverseshea

7、rstrengthofUHMWPE3rdPMMAcompositesincreaSedasfibervolumefraction(Vf)increased，reachedamaxvalueat37．8％andthendecreaSedslightlywithfiberVf．TheinterfacialstrengthofthecompositesdecreasedwithfiberVf．OurexperimentalresultsshowedthattheimpactingstrengthoftheUHMWPE3D／PMMAco

8、mpositesdon’tchangeregularly．UHMWPE／PMMAcompositeshadgoodmoistureabsorptionresistingability．ItsmaxbalancemoistureabsorptionWaSonly2