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淺析PPTAFPSA復(fù)合材料制備及其性能論文
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 主要原料
PSA-F，特安綸TANLON纖維短切T700，長度3 mm，上海特安綸纖維有限公司;PPTA-F，泰普龍Taparan，短切3 mm，煙臺(tái)泰和新材料股份有限公司;無水乙醇，AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;去離子水，實(shí)驗(yàn)室自制。
1.2 實(shí)驗(yàn)主要儀器及設(shè)備
雙頻數(shù)控超聲波清洗器，KQ-300VDV，昆山市超聲儀器有限公司;鼓風(fēng)干燥箱，DHG-9075A，上海一恒科學(xué)儀器有限公司;平板硫化機(jī)，QLB-25T，揚(yáng)州市道純?cè)囼?yàn)機(jī)械廠;萬能試驗(yàn)機(jī)，MTS- CMT-4204，深圳新三思實(shí)驗(yàn)儀器廠;X射線衍射儀，D/MAX，日本理學(xué)電機(jī);鎢燈絲掃描電鏡，HITACHI SU-1500，日本HITACHI;熱重分析儀，TA Q500 HiRes，美國TA儀器公司。
1.3 PSA-F及PPTA-F的清洗
PSA-F先在密封的無水乙醇中超聲清洗6 h，清洗溫度50 ℃，加熱功率100 W，再在去離子水中清洗30 min，最后置于80 ℃的鼓風(fēng)干燥箱中干燥8 h，密封后備用。PPTA-F的清洗過程同上。
1.4 PPTA-F/PSA復(fù)合材料的制備
先將PPTA-F和PSA-F按照一定的質(zhì)量比進(jìn)行稱取混合，然后置于浙江榮浩工貿(mào)有限公司RHP-600型高速多功能粉碎機(jī)中開松打散，再將混合料放置在烘箱內(nèi)，在105 ℃真空條件下干燥4 h脫氣處理。將混合料填充置自制的平板模具腔內(nèi)，放入壓機(jī)中進(jìn)行預(yù)熱(溫度范圍350～360 ℃)，溫度穩(wěn)定后壓力加載至35 MPa，保持壓力15 min，自然冷卻后卸載壓力， 脫模， 將樣品取出。PPTA-F的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%、12.5%、20%、30%和40%。
1.5 性能測(cè)試和結(jié)構(gòu)表征
按照GB/T1447-2005，測(cè)試材料的拉伸性能，拉伸速率為1.0 mm/min，室溫;按GB/T1448-2005 測(cè)試復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度，加載速度為1.0 mm/min，室溫;和GB/T1449-2005測(cè)試復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度，加載速度為1.0 mm/min，室溫;材料結(jié)構(gòu)分析：X射線衍射分析，測(cè)試條件為銅靶輻射，λ 為0.154 nm，輻射管電壓40 kV，輻射管電流100 mA，掃描范圍2θ 為5°～60°，掃描速度2°/min;熱重分析：在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下，非等溫分解試驗(yàn)，樣品質(zhì)量為4.8～8 mg，升溫速率為10 ℃/min，測(cè)試溫度25～700 ℃;微觀形貌分析：拉伸測(cè)試后的試樣斷面進(jìn)行噴金處理后，使用鎢燈絲掃描電鏡進(jìn)行觀察。
2 結(jié)果與討論
2.1 PPTA-F質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
復(fù)合材料的力學(xué)性能，可以看出隨著PPTA-F質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度呈現(xiàn)一定的下降趨勢(shì)，其中拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別最大損失為35.06%、24.25%和7.72%，但是復(fù)合材料依然擁有不錯(cuò)的力學(xué)強(qiáng)度。分析其中的原因，高溫下PPTA-F的力學(xué)強(qiáng)度保持率較低，造成復(fù)合材料的力學(xué)性能有一定的損失�？梢钥闯鰪�(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度隨著PPTA-F質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而逐步下降然后再上升再下降的趨勢(shì)，這是因?yàn)镻PTA-F與PSA-F在進(jìn)行混合時(shí)，攪拌的剪切作用雖然有利于纖維的分散，但PPTA-F之間的團(tuán)聚較為明顯且這種作用會(huì)阻礙分散，而隨著PPTA-F質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，團(tuán)聚作用會(huì)逐漸增強(qiáng)，PPTA-F與PSA-F的之間的有效面積減少，這樣就不能對(duì)基體起到有效的增強(qiáng)，從而使復(fù)合材料的力學(xué)性能降低，而隨著PPTA-F質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步提高，PPTA-F與PSA-F的混合均勻度會(huì)提高，復(fù)合材料的力學(xué)性能小幅度提高，但當(dāng)PPTA-F質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過一定值后，PSA-F熔融成樹脂后包裹PPTA-F的能力下降，最終復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)一步降低。可以看出復(fù)合材料的彎曲模量隨著PPTA-F質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而提高，這是因?yàn)镻PTA-F模量較高。PPTA-F質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的復(fù)合材料的彎曲性能達(dá)到最大值127.22 MPa，這是因?yàn)镻PTA-F完全均勻分散到了基體材料中，PPTA-F完全被熔融后的PSA-F樹脂包裹，界面黏結(jié)性能好。
2.2 XRD分析
可以看出復(fù)合材料在17°附近有較寬而弱的衍射峰，這是PSA的衍射峰，PSA是三元無規(guī)聚合物。在43°附近的衍射峰表明復(fù)合材料制備過程中PSA-F之間相互粘結(jié)過程中發(fā)生物理化學(xué)變化，聚合物結(jié)晶度提高。在不同PPTA-F質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PSA-F/PPTE復(fù)合材料的XRD圖中，在2θ =20.7°、23.2°和29.3°分別對(duì)應(yīng)(100)、(200)和(004)晶面，前面兩個(gè)衍射峰隨著PPTA-F質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高而提高，而最后的衍射峰只出現(xiàn)PPTA-F質(zhì)量分?jǐn)?shù)在30%和40%的情況，表明復(fù)合材料制備工藝有利于PSA結(jié)晶度的提高。
2.3 TG分析PPTA-F/PSA復(fù)合材料的熱分解過程
可分為微量失重階段(25～430 ℃)、熱分解階段(430～650 ℃)和碳穩(wěn)定階段(650～700 ℃)。
進(jìn)一步清楚的看到，隨著PPTA-F質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，PPTA-F/PSA復(fù)合材料在受熱過程中最大失重速率對(duì)應(yīng)的溫度由439.74 ℃提高到501.54℃，最大失重率由22.75%提高到56.94%。這表明適當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)PPTA-F的加入，提高了PPTA-F/PSA復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。
2.4 復(fù)合材料斷裂面的微觀形貌分析
PPTA-F質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.5%時(shí)復(fù)合材料拉伸斷口的SEM照片�？梢�，PPTA-F/PSA復(fù)合材料斷口留有大量纖維端頭，纖維的分布比較均勻，纖維隨機(jī)排列，箭頭1和2所指分別為PSA以及PSA與PSA的粘結(jié)，箭頭3和4分別為PPTA-F以及PPTA-F被PSA包裹粘結(jié)的情況，復(fù)合材料中纖維粘結(jié)緊密，且相當(dāng)牢固。繼續(xù)放大倍數(shù)，所示，箭頭1、2和5分別為PSA和PPTA-F，箭頭3和4為PPTA-F與PSA粘結(jié)的情況，纖維之間不存在空隙。這說明復(fù)合材料內(nèi)部粘結(jié)情況良好，是復(fù)合材料擁有一定力學(xué)性能的保證。
3 結(jié)論
�、� PPTA-F/PSA復(fù)合材料具有較好的力學(xué)性能，當(dāng)PPTA-F質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度達(dá)到最高127.22 MPa。
�、� XRD和SEM測(cè)試分析表明，PPTA-F/PSA復(fù)合材料內(nèi)部具有較好的粘結(jié)性，PPTA-F以及PSA結(jié)晶度有所提高。
�、� PPTA-F/PSA復(fù)合材料熱穩(wěn)定性隨著PPTA-F質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加。
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