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PA66纳米纤维膜可使复合材料断裂韧性提高50%以上

发布日期:2021-04-02 作者:大连义邦科技 浏览数:240
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静电纺丝技术简单的说,就是聚合物熔体或溶液在高压静电场作用下形成纤维的过程。
早在1934年,Formhals发明了一种利用静电斥力来生产聚合物纤维的方式和实验装置,这是公认的第一次详细的技术描述和制备纤维的开始。
静电纺丝技术示意图
静电纺丝过程看似简单,多种参数交互作用时颇为复杂,其主要影响制备的纳米纤维膜对复合材料的提升有着很大的影响,如相对分子的质量、溶液浓度与黏度、溶剂性质、电导率、溶液温度、表面张力等等,都会对纤维的形态结构产生影响。通过调整静电纺丝制备的参数,最终得到形态、性质完全不同的纳米纤维。
早期的静电纺丝并不能对复合材料起到很好的韧性增强、断裂韧性提升作用,因静电纺丝的比表面积、纤维直径大小、纤维孔径大小、不能很好的连续性是科研工作者们广泛研究攻克的问题。
20世纪90年代,美国阿克隆大学对静电纺丝工艺和应用展开了深入的研究,对制备和表征有着巨大进步,但因技术原因还能完全商业化,直到2014年新西兰的Revolution Fibres研发了一种电纺聚酰胺纳米纤维(pa66),其中Xantu. Layr是一种非纺织的织物,制成了连续性的千米之长的纳米纤维率先实现了工业化量产,并且实现了更小的纤维直径、更小的纤维间孔径、更大的比表面积等解决了一些与传统复合材韧性增强、高强度、耐冲击 、抗疲劳等相关的问题。
为了提高CFEP复合材料的断裂韧性,静电纺丝纳米纤维可作为夹层使用在复合材料层间。大连义邦Xantu. Layr纳米纤维膜通过选择最佳静电纺丝参数,如时间或纳米纤维面积重量,可以一定的改善断裂韧性值。通过一系列的力学和热性能测试,测试了纳米纤维层间对CFEP复合材料力学和热性能的影响。
结果表明,在断裂起始和扩展阶段,纳米纤维均可使断裂韧性提高50%左右。pa66纳米纤维的加入可使材料的抗弯模量和强度分别提高约16%和13%。由于pa66纳米纤维的存在,层间剪切强度和抗压强度分别提高了约10%和15%。当AWD值为1.05 g/m2时,复合材料的夏比冲击能可提高18%左右。DMA结果表明,pa66纳米纤维对Tg没有影响。
根据上图测试结果所示,pa66纳米纤维膜是一种很有前途的技术,可以在不牺牲碳纤维环氧复合材料面内力学性能的前提下,提高碳纤维环氧复合材料的断裂韧性。pa66纳米纤维的存在也可以有效地提高碳纤维环氧复合材料的面内力学性能,如抗弯强度、抗弯模量和抗压强度。
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