摘要
用濕法纏繞法制備了芳綸Ⅲ-環氧樹脂單向復合材料，對其拉伸效能、壓縮效能、彎曲效能及層間剪下效能進行了研究，並對比了Kelvar-49、芳綸1414單向復合材料的相關效能。試驗結果表明：含有雜環結構的芳綸Ⅲ不僅基本力學效能較優，其單向復合材料的拉伸效能、壓縮效能、層間剪下效能都優於不含有雜環結構的Kelvar-49和芳綸1414，尤其體現在拉伸效能上。
芳綸Ⅲ是近年來實作產業化的三元共聚型芳香族聚醯胺纖維，由於在聚對苯二甲酰對苯二胺分子鏈上引入5(6)-胺基-2-(4-胺基苯基)苯並咪唑結構的第三單體，其強度和模量較芳綸1414有大振幅提高，綜合效能優於Kelvar，可廣泛用作航空航天復合材料的增強纖維，具有優異的力學效能、透波效能、電絕緣效能，是目前規模化生產的對位芳族聚醯胺纖維中力學效能最好的品種。復合材料是將兩種或兩種以上不同品質的材料透過專門的成型工藝和制造方法復合而成的一種高效能新材料，按使用要求可分為結構復合材料和功能復合材料。
到目前為止，主要的發展方向是結構復合材料，但現在也正在發展集結構和功能一體化的復合材料。對結構復合材料而言，組分材料包括基體和增強體，基體是復合材料中的連續相，其作用是將增強體固結在一起並在增強體之間傳遞載荷；增強體是復合材料中承載的主體，包括纖維、顆粒、晶須或片狀物等的增強體，其中纖維可分為連續纖維、長纖維和短切纖維。按纖維材料又可分為金屬纖維、陶瓷纖維和聚合物纖維。
芳綸Ⅲ以其長絲、織物等形式制成的防彈復合材料、結構復合材料、透波復合材料等高效能或功能性復合材料被廣泛套用於國防軍工、航天航空、核電及防彈等尖端領域。復合材料樹脂基體主要有環氧樹脂體系、酚醛樹脂體系、脲醛樹脂體系、雙馬來酸酐體系等，其成型工藝主要有濕法纏繞、熱壓成型等形式，所用樹脂基體根據用途及效能設計主要有熱固性和熱塑性。
近年來已開發國家大力發展高端復合材料的開發套用，據報道，A-320、A-340機型中復合材料的套用比例尚不到20%，而B-787、A350XWB機型中復合材料的套用比例已達到50%，預計B-737及A-320後續機型的復合材料套用比例會超過60%，甚至達到80%。這將極大地減輕飛機自身質素，提高運載能力，顯著降低能耗，提升營運經濟性。
本試驗主要研究了國產芳綸Ⅲ-環氧樹脂單向纏繞復合材料的拉伸效能、壓縮效能、彎曲效能及層間剪下效能。
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試驗部份
1.1 纖維樣品
芳綸Ⅲ，StaramidF-358， 中藍晨光化工研究設計院有限公司生產，358代表高模級牌號。
Kelvar-49， 杜邦市售商品。
芳綸1414， 藍星(成都)新材料有限公司市售商品。
1.2 樹脂體系
618(E-51)環氧樹脂 (天津燕海化學有限公司產)，
4,4-二胺基二苯甲烷 (分析純，上海科帆化工科技有限公司產)，
丙酮 (分析純，洛陽昊華化工有限公司產)，
Frekote770-NC (漢高樂泰，復合材料脫模劑)。
1.3 主要試驗器材和測試儀器
三維數控纏繞機，NOL環模具(自制)，單向板模具(自制)，CTC張力儀，烘箱，CMT6503型電子萬能試驗機。
1.4 單向復合材料制備
1.4.1 單向復合材料平板的制備
制備工藝流程簡圖見圖1。拉伸、壓縮、彎曲效能測試樣條見圖2。
1.4.2 NOL環的制備
同1.4.1的步驟和方法，NOL環層間剪下效能檢測樣條見圖3。
1.5 測試方法
拉伸效能測試按照GB/T3354—1999的要求進行，壓縮效能測試按照GB/T3856—2005的要求進行，彎曲效能測試按照GB/T3356—1999的要求進行，層間剪下效能測試按照GB/T1458—2008的要求進行。
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結果與討論
芳綸Ⅲ、Kelvar-49、芳綸1414的基本力學效能對比見表1。
芳綸Ⅲ單向復合材料、Kelvar-49單向復合材料和芳綸1414單向復合材料的拉伸效能、壓縮效能、彎曲效能和層間剪下效能測試結果見表2~表5。
由表2~表5可知：芳綸Ⅲ單向復合材料的拉伸強度和拉伸模量高於Kelvar-49以及芳綸1414單向復合材料；其0°壓縮強度和0°壓縮模量比Kelvar-49以及芳綸1414單向復合材料的略高；其層間剪下強度處於Kelvar-49單向復合材料的高端水平，明顯優於芳綸1414單向復合材料。以上根本原因在於芳綸Ⅲ分子鏈上引入了雜環結構，使規整的分子鏈結構變得更復雜，顯著地提高了纖維的基本力學效能(見表1)，同時增加了分子連結串列面的極性基團，改善了表面效能。綜上所述，芳綸Ⅲ單向復合材料的總體效能在有機纖維復合材料領域處於領先地位。
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結語
芳綸Ⅲ單向復合材料具有輕質、高強等優異的力學效能，在現已產業化的有機纖維復合材料領域，其力學效能處於領先地位，且其具有絕緣、透波、隱身、抗彈等功能性特點，在功能性復合材料領域有巨大的潛力。已開發國家非常重視高端復合材料的研究及開發，已批次套用於航空航天等領域。因此，我們應該積極開發相應的功能性復合材料和高效能復合材料，拓展芳綸Ⅲ復合材料的套用領域，促進材料的升級及裝備的更新換代，縮小與已開發國家在此領域的差距。
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來源：合成纖維
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