纤维体积分数对K3DMCPA复合材料力学性能的影响研究表明，k3DMcpa复合材料有优异的抗冲击性能，冲击强度比三维编织芳纶纤维增强铸性尼龙（简称c3DMcpa）和纯基体均有大幅度的提高，且随着纤维体积的提高而升高。k3DMcpa复合材料剪切强度随纤维体积比的增大而增大，其纵向剪切强度低于纯基体和CdMcpa复合材料，但其横向剪切强度高于它们。Kd/MCPA复合材料弯曲强度与弯曲模量随纤维体积比的提高而提高，但与相同体积比的CdMcPA相比，K3dMcPA的弯曲强度与弯曲模量均较低。

　　基金项目：天津市科技计划（重大攻关）资助项目（013111711）。

    三维编织复合材料由于其异型件一次编织成型，纤维贯穿材料的三个方向形成三维整体网状结构，所以克服了传统复合材料沿纤维横向的刚度和强度性能较差，层间剪切强度低，易分层且冲击韧性和损伤容限水平都很低等弱点。尼龙是一种重要的热塑性工程塑料，具有优异的性能。

　　60年代后开始发展起米的铸型尼龙（简称MCPA）合成技末又将尼龙的使用推上了一个新的台阶。与普通尼龙相比，铸型尼龙具有聚合温度低、工艺简单、结晶度高、分子量大、机械强度高等特点。但由于尼龙分子对温度、水分较为敏感，随温度、湿度的增大，其机械性能将下降（冲击性能将增大），尺寸稳定性受到影响，为了克服这些缺点，早在七十年代以前，人们就采用碳纤维或其它纤维增强以改善其性能。各种高性能纤维增强的复合材料比强度高，比刚度大，并且有耐高温、耐辐射及尺寸稳定等特殊性能，因此比传统的金属材料更适合用作飞机，宇宙飞行器及某些尖端的构件材料。芳纶（Kevlar）纤维具有诸多优良性能：高拉伸强度、高拉伸模量、低密度、优良的吸能性、良好的耐化学腐蚀性、高耐热性、低膨胀性、不燃不熔等突出的热性能及优良的介电性。Kevlar纤维广泛应用于高级复合材料，美国仅用于航空、航天工业复合材料的Kevlat49年产量就超过了10000t14Kevlar纤维及其复合材料正越来越多地受到人们的关注，因此，本文就纤维体积分数对三维编织芳纶纤维增强尼龙复合材料进行了初步研究。

　　材料制备102GPa单体为己内酰胺（CL），工业纯，白色结晶体石家庄化纤有限责任公司；催化剂为氢氧化钠（NaOH），分析纯，天津市森昌工贸有限公司森昌试剂厂；活化剂为甲苯二异氰酸脂（TDI），分析纯，上海化学试剂站中心化工厂。

　　纤维表面处理及复合材料制备工艺纤维表面处理工艺为常规的丙酮清洗处理、烘干，以减少表面附着物，提高表面质量。将经过丙酮清洗的芳纶纤维，置于N2环境中，以60C为放射源，辐照处理。处理完后，再用丙酮清洗、烘干。

　　由于尼龙熔体的粘度较高，但其聚合物单体或预聚体具有较低且可调的粘度。因此，我们可以采用液态原位缩聚法制备三维编织芳纶纤维增强铸型尼龙复合材料。其制备工艺为：将三维编织纤维铺入模具充分预热。在三口瓶中熔融己内酰胺单体，并于120°C真空脱水5分钟。加入氢氧化钠，130°C下继续真空处理15min加入活化剂，充分搅拌后迅速浇入模具。160°C保温30min，冷却、脱模。

　　力学性能测试主要对试样的弯曲强度（模量）、冲击强度及剪切强度进行了测量。弯曲强度参照GB9341-88在L>5000拉力试验机进行；冲击实验参照GB1043~79在UT/10/40简支梁摆式冲击试验机进行，试样为无缺口小试样，跨距50mm.所有数据均为35次实验的平均值；剪切试验采用自制剪切模具进行，试验方法与Maola相似。

　　结果与讨论31纤维体积分数对K3D /MCPA复合材料力学性能影响编织体积对复合材料力学性能的影响一直是重点研究对象之一。本文以三种不同体积比的复合材料作为研究对象，研究了体积比变化对KdMcPA复合材料力学性能的影响。同样由于制备技术的限制，KdMcpa中芳纶纤维体积比最高为40%.具体结果见。

　　纤维体积分数对K3D/MCPA复合材料冲击性能影响芳纶纤维具有高比强度、高比模量，力学性能对应变速率不敏感等特性，耐冲击性超过所有的无机纤维和很多有机纤维，呈韧性断裂特征，有明显的断裂功，抗蠕变性能好，抗疲劳性能优于碳纤维。芳纶纤维复合材料最突出的特点就是具有优异的抗冲击性能；由表1可知，k3d/mcpa的抗冲击强度不仅较MCPA基体有大幅度的提高（约为MCPA冲击强度的10倍以上），比c3DMcpa也有明显提高；k3D/MCPA复合材料抗冲击强度约为C3D /MCPA复合材料抗冲击强度的34倍。由于芳纶纤维具有优异的抗冲击性能，因此随着体积比的增强，K3D/MCPA复合材料抗冲击性能也有所提高，见a.表1芳纶纤维复合材料的冲击性能Table a表明K3DMCPA的断口形貌，其断口为不规则的塑性变形，断口处纤维拔出很长，纤维呈絮状，几乎无完整断面；由b图可以清晰的看到芳纶纤维的延性断裂过程，纤维末端呈针状，说明材料在冲击破坏过程中，纤维从基体中拔出后仍可以继续承受应力直至最终断裂。

　　纤维体积分数对K3D/MCPA复合材料剪切强度影响由b可知，KdMcpa的剪切强度随着芳纤体积比的增加，纵横剪切强度均呈上升趋势。纤维在受剪切作用时，其受力状态不同于弯曲；复合材料受到剪应力后，纤维首先承受横向剪应力，随后发生扭曲变形，继而继续承受拉伸作用。随着纤维体积比的增大，更多比例的纤维能够有效地抵抗剪应力，剪切强度随纤维体积比的增大而增大。

　　KdMcPA复合材料的纵向剪切强度低于MCPA原因可能是纤维的加入造成基体内部的不连续，且纤维与基体间界面强度较低，又由于纵向剪切作用力平行于纤维，界面的破坏引起复合材料的迅速破坏，因而复合材料的纵向剪切强度低于纯基体。由于芳纶纤维断裂伸长率高于碳纤维，属韧性结构，在承受复杂应力时，表现出良好的性能，其横向剪切强度高于纯基体和脆性的碳纤维复合材料。但由于芳纶纤维的皮芯结构在剪应力作用下极易被撕裂，因此，其纵向剪切强度比同体积比碳纤维复合材料相比稍低。

　　纤维体积分数对K3D/MCPA复合材料弯曲性能影响由c可知，K3d/MCPA复合材料弯曲强度与弯曲模量随纤维体积比的提高而提高。碳纤维增强MC尼龙的研究。复合材料王有槐。聚酰胺工程塑料的发展。工程塑料的应用。三维Kevlar/尼龙复合材料力学性能的研究。宇航陈重酋。先进纤维增强材料的现状及未来。