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环境条件对连续碳纤维增强聚苯硫醚复合层板层间性能的影响

发布时间:2019/12/29 23:10:48阅读人次:1035

连续纤维增强热塑性树脂片材拥有优异的性能,可以在性能要求严格的领域使用,例如航空航天领域。目前国外已有较为成熟的连续碳纤维(CF) 增强聚苯硫醚 (PPS) 复合材料商品。国内针对连续 CF 增强 PPS 复合材料的研究还处于起步阶段,与国外存在着一定的技术与原料上的差距,但是在众多学者积极探索研究下,也取得了一系列的进展。

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姜正飞等采用传统的薄膜叠层模压法制备了碳纤维织物 (CFF) 增强 PPS 层压板,通过模压工艺的优化,得到力学性能优异的 PPS/CFF 复合材料。陈旭清首先采用熔融浸渍工艺制备连续 CF 增强 PPS 预浸带,然后利用特定的工艺将其制成单向或者双向编织物后进行模压成型。结果表明,在最佳工艺条件下,单向 CF 增强 PPS 复合板材的平均弯曲强度为1767.87 MPa,弯曲弹性模量为 151.97 GPa,缺口冲击强度达到 219.32 kJ/m 2 ,部分性能超过国外同类产品。此外,王健等将溶液浸渍法和悬浮液浸渍法结合,制备了以 PPS/聚醚砜 (PESU) 为基体的单向连续 CF 增强复合材抖,同时研究了其力学性能。

材料在使用过程中势必遭遇不同环境的考验,因此材料性能的稳定性是评价材料优劣的重要指标之一,尤其在注重安全性的航空航天领域,故在提高材料性能的同时关注材料性能的稳定性具有十分重要的意义。

陈旭清在研究成型工艺的同时,考察了不同环境对连续 CF 增强 PPS 层压复合材料性能的影响,结果表明,材料的弯曲性能在不同环境条件下有着较为优异的稳定性。由于目前国内连续 CF增强 PPS 复合材料的研究基本处于预浸料及材料成型工艺的研究阶段,针对性能稳定性的相关报道较少。

连续 CF 增强 PPS 复合层板的层间性能很大程度上制约着材料性能的提升,良好的层间性能能够避免材料在受力过程中层间过早的破坏,从而充分发挥增强纤维的承载能力。笔者针对这一关键性能,研究了不同环境对连续 CF 增强 PPS 复合层板层间性能的影响,为今后 CF 增强 PPS 复合层板的实际应用提供参考。

结论

(1) 连续 CF 增强 PPS 复合层板的 ILSS 随着温度的升高逐渐下降。当温度为基体的玻璃化转变温度时,ILSS 的保持率为 92.5% ;在 205℃时,ILSS的保持率仍有 40% 左右。

(2) 连续 CF 增强 PPS 复合层板经历高低温循环后,其 ILSS 随着循环次数以及循环温差的增加而下降。但是即使在较为严苛的高温 150℃、低温–50℃循环条件下,经历 15 次循环后,其 ILSS 的保持率仍然达 76.5%。

(3) 连续 CF 增强 PPS 复合层板经历冻融循环后,其 ILSS 随着循环次数的增加而下降,且当冻融循环次数小于 10 次时,ILSS 的下降幅度大于高低温循环下的下降幅度;当冻融循环次数大于 10 次时,两者的 ILSS 下降幅度趋于一致。

(4) 通过考察不同环境条件对连续 CF 增强PPS 复合层板 ILSS 的影响表明,在不同使用环境下连续 CF 增强 PPS 复合层板的 ILSS 均有较好的稳定性。