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树脂对多孔芳纶非织造复合材料性能影响的研究

杨硕  
【摘要】:本文探索了树脂对多孔的芳纶非织造复合材料性能的影响。与传统复合材料不同,本课题中的树脂并未完全充满非织造布的孔隙;而是将树脂用浸轧法与非织造布复合,以树脂来加固非织造布,仍然使其保持多孔、蓬松的特点,最终成为非织造布、树脂和空气三相的复合材料。 课题中采用的Akzo公司提供的Twaron高模对位芳纶纤维,以常规梳理、针刺、水刺等加工方法制成非织造布。复合工艺是根据化学粘合法非织造布的启发,采用浸轧的方式。在这种方式中,树脂的用量大幅减少,这就对树脂的种类、自身性能和界面粘着力提出了更加苛刻的要求。 本课题从研究树脂本身性能入手,采用多种树脂进行制膜并测试其力学性能,为选择合适的树脂提供了依据。力学性能测试是通过等速拉伸测试得到的应力应变曲线,比较不同树脂的力学行为。测试结果表明,两种硬型弹性体树脂(硬型聚氨酯和硬型聚丙烯酸树脂)较软型弹性体(软型聚氨酯和软型聚丙烯酸树脂)有更大的模量,相反软型弹性体的伸长率更大,两种硬型或软型树脂之间的力学性能差异不大。热固性树脂(以环氧树脂)与弹性体的拉伸行为完全不同,模量、强力都远大于弹性体树脂。因此,可以根据复合材料的用途选择不同的树脂。树脂添加剂的作用(润湿剂可提升液态树脂的润湿性,交联剂为树脂膜增强)也得到了证明。 通过DSC实验,对树脂的热学性能进行了测试,得出了不同树脂的热力学转变温度,并通过对比,分析了各树脂之间的差异。 应用两种脱油剂效果的评价方法:一、漂洗液在漂洗前后表面能的变化;二、非织造布在漂洗前后接触角的变化,对各种脱油剂方案进行比较分析,最终得到一种简便、有效的脱油剂方法:用石油醚进行两道10分钟浸没萃取,之后用乙醇作10分钟漂洗,最后用三道40℃温水漂洗。 等离子体处理方法可以大幅提升对位芳纶纤维的润湿性,从润湿实验中看,处理后弯月面质量与吸收质量都显著增大,非织造材料接触角则减小达10°。 浸轧树脂加工可使非织造材料得到加固和硬化,实现了材料复合的目的,同时保持了孔隙率高的特点,质量轻。通过调节树脂浓度,可控制树脂/纤维的干重比例,得到性能不同的复合材料。树脂浓度越高,复合材料越强越硬,但相应的变形能力就比较差。环氧树脂复合材料较软型聚氨酯树脂和硅树脂的拉伸强度、初始模量大,这与树脂膜本身性能的差异类似。等离子体处理能改善对位芳纶与环氧树脂或软型聚氨酯树脂之间的粘着力,复合材料就拥有更好的力学性能。


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