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淺析PPTAFPSA復合材料制備及其性能論文
1 實驗部分
1.1 主要原料
PSA-F，特安綸TANLON纖維短切T700，長度3 mm，上海特安綸纖維有限公司;PPTA-F，泰普龍Taparan，短切3 mm，煙臺泰和新材料股份有限公司;無水乙醇，AR，國藥集團化學試劑有限公司;去離子水，實驗室自制。
1.2 實驗主要儀器及設備
雙頻數控超聲波清洗器，KQ-300VDV，昆山市超聲儀器有限公司;鼓風干燥箱，DHG-9075A，上海一恒科學儀器有限公司;平板硫化機，QLB-25T，揚州市道純試驗機械廠;萬能試驗機，MTS- CMT-4204，深圳新三思實驗儀器廠;X射線衍射儀，D/MAX，日本理學電機;鎢燈絲掃描電鏡，HITACHI SU-1500，日本HITACHI;熱重分析儀，TA Q500 HiRes，美國TA儀器公司。
1.3 PSA-F及PPTA-F的清洗
PSA-F先在密封的無水乙醇中超聲清洗6 h，清洗溫度50 ℃，加熱功率100 W，再在去離子水中清洗30 min，最后置于80 ℃的鼓風干燥箱中干燥8 h，密封后備用。PPTA-F的清洗過程同上。
1.4 PPTA-F/PSA復合材料的制備
先將PPTA-F和PSA-F按照一定的質量比進行稱取混合，然后置于浙江榮浩工貿有限公司RHP-600型高速多功能粉碎機中開松打散，再將混合料放置在烘箱內，在105 ℃真空條件下干燥4 h脫氣處理。將混合料填充置自制的平板模具腔內，放入壓機中進行預熱(溫度范圍350～360 ℃)，溫度穩定后壓力加載至35 MPa，保持壓力15 min，自然冷卻后卸載壓力， 脫模， 將樣品取出。PPTA-F的質量分數分別為5%、12.5%、20%、30%和40%。
1.5 性能測試和結構表征
按照GB/T1447-2005，測試材料的拉伸性能，拉伸速率為1.0 mm/min，室溫;按GB/T1448-2005 測試復合材料的彎曲強度，加載速度為1.0 mm/min，室溫;和GB/T1449-2005測試復合材料的壓縮強度，加載速度為1.0 mm/min，室溫;材料結構分析：X射線衍射分析，測試條件為銅靶輻射，λ 為0.154 nm，輻射管電壓40 kV，輻射管電流100 mA，掃描范圍2θ 為5°～60°，掃描速度2°/min;熱重分析：在氮氣氣氛保護下，非等溫分解試驗，樣品質量為4.8～8 mg，升溫速率為10 ℃/min，測試溫度25～700 ℃;微觀形貌分析：拉伸測試后的試樣斷面進行噴金處理后，使用鎢燈絲掃描電鏡進行觀察。
2 結果與討論
2.1 PPTA-F質量分數對復合材料力學性能的影響
復合材料的力學性能，可以看出隨著PPTA-F質量分數的提高，復合材料的力學強度呈現一定的下降趨勢，其中拉伸強度、壓縮強度和彎曲強度分別最大損失為35.06%、24.25%和7.72%，但是復合材料依然擁有不錯的力學強度。分析其中的原因，高溫下PPTA-F的力學強度保持率較低，造成復合材料的力學性能有一定的損失。可以看出復合材料的拉伸強度和壓縮強度隨著PPTA-F質量分數的增加而逐步下降然后再上升再下降的趨勢，這是因為PPTA-F與PSA-F在進行混合時，攪拌的剪切作用雖然有利于纖維的分散，但PPTA-F之間的團聚較為明顯且這種作用會阻礙分散，而隨著PPTA-F質量分數的增加，團聚作用會逐漸增強，PPTA-F與PSA-F的之間的有效面積減少，這樣就不能對基體起到有效的增強，從而使復合材料的力學性能降低，而隨著PPTA-F質量分數的進一步提高，PPTA-F與PSA-F的混合均勻度會提高，復合材料的力學性能小幅度提高，但當PPTA-F質量分數超過一定值后，PSA-F熔融成樹脂后包裹PPTA-F的能力下降，最終復合材料的力學性能進一步降低。可以看出復合材料的彎曲模量隨著PPTA-F質量分數的增加而提高，這是因為PPTA-F模量較高。PPTA-F質量分數為5%的復合材料的彎曲性能達到最大值127.22 MPa，這是因為PPTA-F完全均勻分散到了基體材料中，PPTA-F完全被熔融后的PSA-F樹脂包裹，界面黏結性能好。
2.2 XRD分析
可以看出復合材料在17°附近有較寬而弱的衍射峰，這是PSA的衍射峰，PSA是三元無規聚合物。在43°附近的衍射峰表明復合材料制備過程中PSA-F之間相互粘結過程中發生物理化學變化，聚合物結晶度提高。在不同PPTA-F質量分數的PSA-F/PPTE復合材料的XRD圖中，在2θ =20.7°、23.2°和29.3°分別對應(100)、(200)和(004)晶面，前面兩個衍射峰隨著PPTA-F質量分數的提高而提高，而最后的衍射峰只出現PPTA-F質量分數在30%和40%的情況，表明復合材料制備工藝有利于PSA結晶度的提高。
2.3 TG分析PPTA-F/PSA復合材料的熱分解過程
可分為微量失重階段(25～430 ℃)、熱分解階段(430～650 ℃)和碳穩定階段(650～700 ℃)。
進一步清楚的看到，隨著PPTA-F質量分數的增加，PPTA-F/PSA復合材料在受熱過程中最大失重速率對應的溫度由439.74 ℃提高到501.54℃，最大失重率由22.75%提高到56.94%。這表明適當質量分數PPTA-F的加入，提高了PPTA-F/PSA復合材料的熱穩定性。
2.4 復合材料斷裂面的微觀形貌分析
PPTA-F質量分數為12.5%時復合材料拉伸斷口的SEM照片。可見，PPTA-F/PSA復合材料斷口留有大量纖維端頭，纖維的分布比較均勻，纖維隨機排列，箭頭1和2所指分別為PSA以及PSA與PSA的粘結，箭頭3和4分別為PPTA-F以及PPTA-F被PSA包裹粘結的情況，復合材料中纖維粘結緊密，且相當牢固。繼續放大倍數，所示，箭頭1、2和5分別為PSA和PPTA-F，箭頭3和4為PPTA-F與PSA粘結的情況，纖維之間不存在空隙。這說明復合材料內部粘結情況良好，是復合材料擁有一定力學性能的保證。
3 結論
⑴ PPTA-F/PSA復合材料具有較好的力學性能，當PPTA-F質量分數為5%時，復合材料的彎曲強度達到最高127.22 MPa。
⑵ XRD和SEM測試分析表明，PPTA-F/PSA復合材料內部具有較好的粘結性，PPTA-F以及PSA結晶度有所提高。
⑶ PPTA-F/PSA復合材料熱穩定性隨著PPTA-F質量分數的增加而增加。
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