1前言
    Kevlar纖維是一種性能優異的增強材料，具有高強度、高模量、良好的抗沖擊性、優良的耐疲勞性能、極好的耐熱性、耐化學腐蝕性、以及優異的電絕緣性能等優點。其增強復合材料具備質量輕、吸能性好等優點，在很多重要工業部門得到了廣泛應用。但由于分子對稱性高、定向程度和結晶程度高，活性基團少，惰性較強，纖維表面光滑，表面浸潤性差，當其與樹脂基體復合時，兩相界面結合強度較弱。因此，對 Kevlar纖維進行表面改性成為提高其增強復合材料性能的重要途徑。
    目前，針對芳綸纖維的表面改性方法主要有表面涂層、化學改性、離子體表面改性、丫射線輻射、超聲浸漬改性、UV處理等〔^2-4〕。不同的表面處理方法均能不同程度地改善復合材料的界面粘結性能，但也各有其局限性。采用物理方法的優點是工藝簡單，效率高，性能分散性小〔⁵〕。例如采用UV輻照方法對Kevlar纖維進行表面改性，效果明顯，對纖維破壞小，該方法是一個值得研究和比較有發展前途的方法［⁶〕。本文即采用紫外光對芳綸纖維進行表面處理，研究不同的處理時間對界面粘結性的影響。
2實驗部分
2. 1實驗原料
    實驗所用原料為Kevlar}9纖維束（連續紗），美國杜邦公司；柔性環氧樹脂，實驗室自制。
2.2 Kevlar纖維的UV處理方法
    將Kevlar纖維束置于燒杯中用丙酮于超聲波清洗器中清洗2h后烘干，截取一定長度分別于紫外燈下照射3 min6min,8minlOmin,13 min，然后密封保存備用。
    紫外光的活化能力與紫外光源的波長和功率密切相關，實驗選用254nm、1 kW紫外光源進行單面處理。為了減少環境因素的影響，紫外光源需預熱3 min.
2. 3單纖維復合材料試樣的制備
    將纖維單絲從纖維束上抽出，粘貼在涂好脫模劑的啞鈴狀鋼模具，然后將脫泡后的柔性環氧樹脂體系從一端小心連續地澆注到模腔中，按500C/3h,800C/2h,120qC/2h的Jl匝序于烘箱中加熱固化，自然冷卻至常溫脫模。試樣尺寸厚為2mm,寬為4min、有效長度為20mm。
2. 4單絲強度測試
    Kevlar單絲強度用Instron 5848微觀力學實驗系統測定，纖維單絲拉直后用環氧膠固定在有孔的坐標紙上，標距為20mm，加載速度為1 mm/ min.
2. 5界面剪切強度測試
    單纖維斷裂實驗將試樣夾緊在RGT-30微機控制電子萬能材料試驗機夾頭的中軸線上，以0. 3 mm/min的加載速度緩慢加載，至持續加載后纖維斷裂數不再發生變化時結束，實驗測得20 mm標
距上的纖維斷裂數，由此可得纖維平均斷裂長度l。按Kelly-Tyson等式計算界面剪切強度：〔⁷〕：

2.6掃描電鏡觀察
    采用JSM-5610LV掃描電鏡（SEM)觀察處理及未處理Kevlar纖維的表面形貌。[-page-]
3 結果與討論
3.1纖維表面的形貌分析
    采用掃描電子顯微鏡分析Kevlar纖維經UV處理前后的表面形貌變化。圖1（a)和（b）分別為未經處理和UV處理8min的纖維表面形貌圖，從圖中可以看出，未經處理的纖維表面相當光滑，只存在極少數小的突起；UV處理8min后，纖維表面出現了較多、較大的突起，表面較粗糙，附有不均勻的斑狀物，表面可見到類似微裂紋的淺溝槽，它們分布不連續也不均勻。這是纖維表面被氧化的緣故。另一方面，紫外光刻蝕纖維使纖維的比表面積增大，從而能夠加強纖維與樹脂基體間的粘性。

3.2 UV處理對單絲強度的影響
    纖維的單絲強度表征纖維的抗拉強度，從圖2以看出，隨著處理時間的增加，纖維的直徑不變，但纖維的單絲強度逐漸減小。這表明纖維受UV輻射時間越長，對纖維抗拉強度的損失越大。而由圖3可知，在10min內，UV處理對纖維的抗拉強度損失不大，其保留率均在90 %以上。這是因為，對于材料而言，表面缺陷是發生應力集中的部位，當應力集中到一定程度時，就會超過原子、分子的大內聚力使材料破壞【⁸〕。隨著處理時間的增加，紫外光刻蝕纖維越嚴重，應力集中的部位減少，破壞幾率增大，單絲強度下降。
3.3 UV處理對界面剪切強度的影響.
    單纖維斷裂試驗中，纖維一旦發生斷裂，某一區域內在纖維的斷裂點應力從0通過一段長度恢復到未擾動的應力，在這一區域內纖維不會再發生斷裂，這一區域被Cuntin稱為應力恢復區【⁷〕。斷裂纖維的應力恢復是由纖維和基體之間的界面粘結水平引起的，一般通過參數“臨界纖維長度l?！眮肀碚鳌?SUP>9〕。一般地，定義臨界纖維長度l。為單纖維復合材料斷裂試驗中的長纖維段長度或平均纖維段長度的4/3，平均斷裂長度定義為纖維段分布的算術平均值（監測長度除以觀察到的斷裂數），假設所有斷裂條件（纖維、表面處理、樹脂、試樣的形狀尺寸、實驗方法等）相同，較短的斷裂長度和較多的斷裂數意味著較強的界面粘結狀況。

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    表1給出了經過UV處理的Kevlar纖維通過單纖維斷裂實驗得到的臨界纖維長度l。及其與環氧樹脂間的界面剪切強度，其中界面剪切強度是根據Kelly和Tyson模型，運用SF C實驗中測得的臨界纖維長度和纖維強度由公式（1)計算得到的。

    由表1可知，未處理的纖維與環氧基體的界面剪切強度低，臨界纖維長度長，說明未處理的纖維與環氧樹脂的粘結是弱的，這是由于未處理的纖維表面比較光滑，纖維的比表面積小，與樹脂基體的相互作用較弱；當處理時間為8 min時，其臨界纖維強度短，表明界面能有效地傳遞應力，其界面剪切強度亦高，主要是因為纖維受紫外光刻蝕，表面粗糙度變大，比表面積增大，纖維與基體之間的機械互鎖作用越強，界面結合越好[¹⁰]，此時其表面活性達到高，大大改善了界面的粘結狀況，而隨著處理時間的增加，紫外光刻蝕纖維越嚴重，使得其表面活性下降，反而不利于提高與樹脂基體的界面粘結性。
    經過UV處理后，Kevlar纖維／環氧樹脂的界面剪切強度及其提高程度的變化趨勢如圖4和圖5所示。[-page-] 
    從圖4,5可以看出，單纖維復合材料的界面剪切強度隨UV處理時間先增大后減小，界面剪切強度的提高很明顯，其中在處理時間為8 min時達到大，較未處理時提高了62.6%，達到了18. 11MPa.而由于本實驗中所使用的樹脂是實驗室自制的柔性環氧樹脂，其拉伸強度遠遠高于試驗所述試樣的剪切強度值，這就說明了試驗中先發生破壞的是纖維與樹脂基體間的界面，而非基體的內聚破壞。單纖維斷裂實驗的結果表明，UV處理Kevlar纖維對于改善纖維與樹脂基體間的界面粘結性能做出了顯著的貢獻，當處理時間在8min左右時效果尤其明顯。

4結語
    UV處理方法增大了纖維的比表面積，能夠明顯改善Kevlar纖維與環氧樹脂間的界面粘結性，使材料的界面剪切強度提高達62.6%（處理8 min時），同時，對纖維抗拉強度的影響卻很小，損失率
在10%左右。