摘要
高性能纤维在安全防护型复合材料领域中的应用广泛，芳纶纤维以其高强高模，耐高温，耐化学腐蚀等优异性能，在复合材料增强体原材料中脱颖而出。纬编针织结构因其特有的线圈结构特点，在作为复合材料增强体的基础结构时，能够赋予复合材料良好的能量吸收性能和抗冲击性能，广泛应用于军用防护，交通运输，民用建筑等领域。但是，芳纶纤维表面光滑，其刚性大分子链结构与芳香环的位阻效应，使得纤维表面呈化学惰性，在复合材料制备过程中与树脂基体的结合强度较弱，从而影响复合材料的整体性能。本课题对芳纶纤维进行表面改性处理，活化纤维表面，提高其与树脂基体的界面粘结力，并制备芳纶纤维纬平针织复合材料，探究改性方法对复合材料整体力学性能的影响。 采用多巴胺掺杂碳纳米管对芳纶纤维及其纬平针织物进行改性处理，探究碳纳米管浓度对纤维表面形貌、强力、表面基团以及复合材料性能的影响。结果表明，纤维表面掺杂有碳纳米管的多巴胺涂层牢固度增加，含氧酚羟基增加，改性后的芳纶纤维的强力提高，并且与树脂基体的界面剪切强度增大。通过对比复合材料力学性能发现，改性后的力学性能均有所提高，当碳纳米管浓度为0.03%时，力学性能显著提高，其中复合材料的最大拉伸强度、弯曲载荷和压缩应力分别提高了29.96%，16.19%，17.4%。 在第一步改性方案基础上进行二次接枝改性，以硅烷偶联剂为接枝剂，对芳纶纤维及其纬平针织物进行改性，探究硅烷偶联剂浓度对复合材料力学性能的影响。结果表明：硅烷偶联剂浓度为2.5%时，复合材料的最大拉伸强度增加了51.6%，弯曲载荷提高了41.63%，弯曲模量提高了59.64%，压缩应力提高了32.1%。 通过对比两种改性方法的最终效果，综合考虑复合材料的整体性能，二次接枝改性方案更为优异，复合材料力学性能提高显著。 最后，本文采用Solidworks和ABAQUS有限元分析软件模拟了单层复合材料的拉伸损伤过程。通过对于模型数据输出的应力应变与实验测试结果对比，得到两者结果误差在10%之内，证实了模型的合理性，为复合材料力学性能的进一步模拟计算做了铺垫。
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