短碳纤维增强聚芳醚酮断面形态的研究.pdfVIP

V01．19 高等学校化学学报 NO．3 1 99 CHINESEUNIVERSITIES 8年3月 CHEMICAI。JOURNAI．OF 494～495 [研究简报] 短碳纤维增强聚芳醚酮断面形态的研究。 赵东宇李滨耀余赋生 (中国科学院长春应用化学研究所，长春，130022) 关键词碳纤维，聚芳醚酮，复合材料，断面形态 分类号0632．9 复合材料的强度是通过基体和纤维之间的应力传递获得的．这种传递可通过基体和纤维 之间机械的、物理的和化学的结合来实现．因此，复合材料的界面结合很重要，它直接影响 碳纤维在复合材料中的增强效率．短纤维在基体中由于其末端较多，其内部更易形成应力集 酮相近，因此，开展短碳纤维增强聚芳醚酮断面形态的研究具有重要的应用价值． 1实验部分 1．1 材料的制备碳纤维(吉林炭素厂产品)，在实验前分别用丁酮、二氯甲烷对切短后的 H。SO。混合溶液对碳纤维的表面分别氧化处理0、20、45、65、90、120min，然后与聚芳醚酮 树脂按比例进行混合，并用自制平板硫化机在300℃热压成型(聚芳醚酮由徐州造漆厂生产， 比浓粘度Ev3。，为0．78dL／g)．碳纤维最终平均长度为0．3mm，含量为30％． 1．2 复合材料剪切试断面形貌的观察复合材料剪切破坏在Instron1121型材料试验机(英 国)上进行，在断面形成后24h内喷金，断面观察用JXA一40型扫描电子显微镜(日本)． 2结果与讨论 在复合材料中，无论是在基体、增强材料上，还是在界面区，均有微裂纹存在．它们在外 力或其它因素作用下，都会按照自身的规律扩展，最终导致复合材料的破坏．当微裂纹受外 界因素(载荷或其它条件)作用时，其扩展成裂纹并逐渐贯穿基体，最后达到纤维表面．这时 继续给材料施以外力，将有两种情况发生：(1)若中间层是弱粘结，裂纹继续沿中间层扩展， 裂纹能量用于中间层脱胶，破坏发生在中间层，纤维拔出较长，表面光滑无树脂，破坏行为 呈现界面逐渐破坏特征；(2)若中间层是强粘结，裂纹不能继续沿中间层扩展，绝大部分裂 纹能量都集中在裂纹峰上，裂纹峰冲击并穿透纤维，导致纤维及整个复合材料的破坏，断面 上纤维拔出的较少且有树脂皱褶出现，破坏行为呈现脆性破坏特征． 未进行氧化处理的碳纤维，由于其表面与树脂粘结性能较差，因而当材料破坏时，主要 发生在碳纤维与树脂的粘结处，即界面区．因此在试样的断面上，能观察到较多的拔出碳纤 1(B)]．氧化处理少于45min的碳纤维增强复合材料的断面情况与未经氧化处理碳纤维增强 复合材料的有很大差异，随着氧化程度的提高，纤维拔出的数量减少，拔出的长度变短[图1 收稿日j胡：1996—11-28．联系人及第一作者：赵东宇，男，32岁，硕士，讲师，现在黑龙江大学化学系 *国家自然科学基金资助课题． 万方数据 No．3 赵东宇等：短碳纤维增强聚芳醚酮断面形态的研究495 (C)]，由于氧化程度还不够高，拔 出的纤维表面仍较光滑[图1(c)]． 但看不到纤维拔出而留下的圆孔， 只在与断面平行方向上留下一些纤 维和树脂脱离的凹痕[图1(D)]； 这时材料界面粘结性能虽有所改 善，但材料破坏仍发生在纤维和树 脂之间．在界面粘结较好复合材料 的试样断面上，拔出的纤维数显著 减少[图1(E)]，并且纤维表面上 粘有一些树脂[图I(F)]．基体树 脂出现富集和变形．说明由于界面 粘结强度的进一步提高，树脂出现 Fracturedsurface ofSCF／PEK—C 皱褶[图1(G)，(H)]，反之则观察Fig．1 morphology composite 不到此现象，皱褶的出现是界面粘结较强的特征口]．另外，在所有破坏断面上都有较大的裂 缝，这是裂纹在剪切应力作用下，相互连接形成的，与文献上所述的现象相同[8]． 参考文献 1 SatoN．．FourthInte