纤维及其复合材料力学性能和断裂过程中结构变化的研究

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1、国外化纤技术NewTechnology纤维及其复合材料力学性能和断裂过程中结构变化的研究盐谷正俊纤维及其复合材料的力学特性是材料各层次结构的反映，如构成其分子级水平的结构，结晶、非晶、原纤、空隙等有关结构，复合材料中填料和纤维的分散集合状态有关的宏观结构等。不仅是初目目■始结构，变形过程中的结构变化对力学特性都有很大影响。为创造具有优良力学性能的材料，重要的是了解这些各种级别的结构和材料性能的关系。随着新材料的开发，会发生现有评估和解析方法不适用的情况。我们曾以碳纤维及其复合材料为研究对象，针对这种情况确立新的结构

2、解析法和力学性能■■圈_评估法。近年来一般用户已具备利用发射高辉度X一射线的条件，对材料变形及破坏过程中的结构(d)(e)变化加以追踪，尽量抑制短时间内松弛的影响。本图1PET纤维(a—d)及非结晶PET薄膜(e)的拉伸变形断裂过文以高分子纤维和分散纳米填料的高分子材料为中程中测定的SAXS图形心，探讨拉伸变形破坏过程中的结构变化和力学性(纤维轴及薄膜拉伸方向是图的上下方向，纤维的形变按d顺序能间的关系。变大)未形变时呈四点散射的散射图形，在纤维微1PET纤维拉伸形变过程中的结构小变形时变成层线状散射，散射强度集中

3、在子午线变化上。迄今的研究认为，四点散射及层线状散射由倾高强度纤维可由刚性高分子取得，也可由聚斜长周期结构、结晶／非晶界面倾斜的长周期结构、乙烯那样的柔性高分子取得。但是聚对苯二甲酸乙界面倾斜变宽分布的长周期结构的集合来解释。但二酯(PET)那样由中间刚性高分子制成的纤维，用这些模型解释这次测定的散射图形的变化，需要现在达到的强度相对于理论强度的比率较低，可以有相当特定的假定。我们设想有强散射长周期结构将提高这种通用高分子纤维强度作为研究课题。决的线束构成结构模型，发现散射强度的少量变化，定纤维强度的缺陷因素不仅与

4、化学结构，也和成形测得散射图形变化有很好的重现性。用这种模型可方法及环境条件有关。某些缺陷因素除去后，次要以重现高分子纤维中所见到的各种SAXS图形。值的缺陷因素又决定着强度。利用放射性小角x一射得一提的是，结构散射很强时，所谓0．5次的散线散射(SAXS)探讨了断裂伸长较大的PET纤维射，产生悬垂状散射和四点散射。以此作为一次散的空隙形成和断裂韧性的关系。针对拉伸强度较高射，适用于Bragg式，需要注意得到的是真实值的而断裂伸长较低的PET纤维，根据拉伸强度分布二倍值的结构周期。对变形速度相关性探讨了缺陷的特点，

5、推断了除去进行拉伸变形，在应力一应变曲线的斜率变小缺陷后能达到的强度。的区域，如图1(a)所示，产生很强的赤道条纹。PET纤维的拉伸形变过程SAXS图形变化如图这是形成纤维内部的空隙引起的散射。根据拉伸过1所示。该纤维是在低速下经熔融纺丝分批拉伸制程中长周期的变化及除去负荷过程中散射图形的变成，纤维直径130m，拉伸强度0．75GPa，断裂化等，在纤维轴向与长周期的结构力学连接的部位伸长约5O％。形成空隙，同时推测在空隙周围形成分子取向高的46合成纤维SFC2010No．8国外化纤技术NewTeChnology区域

6、。伴随取向区域空隙形成耗散的功有助于纤维强度大小关系也不变，在应变速度不同的一系列威韧性的提高。纤维在一定负荷下变形并带有赤道条伯尔曲线中，按应变速度顺序寻找到给定F值的叮纹，散射强度增加。赤道条纹也可在纤维断裂点以值，可了解特定缺陷因素的破坏强度随应变速度变外的部位看到，因此认为空隙及取向区域的形成将化的规律。会发生在纤维各部位。在实验所用大直径纤维的拉伸断面上，可观察到从纤维侧面生长的V字形裂缝。在受到高应力的V字形裂缝附近，发生取向O区域的破坏，从而导致纤维最终断裂。2PET纤维的断裂松弛时间—2断裂伸长大约

7、在20％以下的熔纺拉伸PET纤-4维，有时到纤维断裂也未观察到赤道条纹。对这样三的纤维从下述断裂机理观点进行探讨。0上纤维中引起最严重缺陷的裂缝，随着裂缝前量21端附近局部有大的变形及裂缝前端形状钝化，在各)时间点由纤维应力决定的临界尺寸范围内，裂缝在40Oi一纤维截面内稳定成长。以裂缝稳定成长长度所需时间作为尺度，引进破坏的松弛时间概念，它与纤维∥／～的粘弹性及纤维、裂缝、大变形区域的形状及尺寸有关。裂缝稳定成长速度由断裂松弛时间和应力的增加速度决定。裂缝以外的部分(韧带体)的应力随变形而增加，达到韧带体的强度时

8、，裂缝在韧带体中快速发展，产生纤维宏观的断裂。纤维的应变Ind速度较大时，韧带体的应力在达到强度的时间内，图2对激光照射丝(al及未激光照射丝(b)经单丝拉伸试验取得黔由于裂缝可成长的尺寸小，显示纤维强度高。以断的强度分布威伯尔曲线【应变速度为2％／rain(0)、10％／rainA裂松弛时间的倒数作为尺度，应变速度超过此值变(·)、5o％／min(V)、1