1前言
    Kevlar纤维是一种性能优异的增强材料，具有高强度、高模量、良好的抗冲击性、优良的耐疲劳性能、极好的耐热性、耐化学腐蚀性、以及优异的电绝缘性能等优点。其增强复合材料具备质量轻、吸能性好等优点，在很多重要工业部门得到了广泛应用。但由于分子对称性高、定向程度和结晶程度高，活性基团少，惰性较强，纤维表面光滑，表面浸润性差，当其与树脂基体复合时，两相界面结合强度较弱。因此，对 Kevlar纤维进行表面改性成为提高其增强复合材料性能的重要途径。
    目前，针对芳纶纤维的表面改性方法主要有表面涂层、化学改性、离子体表面改性、丫射线辐射、超声浸渍改性、UV处理等〔^2-4〕。不同的表面处理方法均能不同程度地改善复合材料的界面粘结性能，但也各有其局限性。采用物理方法的优点是工艺简单，效率高，性能分散性小〔⁵〕。例如采用UV辐照方法对Kevlar纤维进行表面改性，效果明显，对纤维破坏小，该方法是一个值得研究和比较有发展前途的方法［⁶〕。本文即采用紫外光对芳纶纤维进行表面处理，研究不同的处理时间对界面粘结性的影响。
2实验部分
2. 1实验原料
    实验所用原料为Kevlar}9纤维束（连续纱），美国杜邦公司；柔性环氧树脂，实验室自制。
2.2 Kevlar纤维的UV处理方法
    将Kevlar纤维束置于烧杯中用丙酮于超声波清洗器中清洗2h后烘干，截取一定长度分别于紫外灯下照射3 min6min,8minlOmin,13 min，然后密封保存备用。
    紫外光的活化能力与紫外光源的波长和功率密切相关，实验选用254nm、1 kW紫外光源进行单面处理。为了减少环境因素的影响，紫外光源需预热3 min.
2. 3单纤维复合材料试样的制备
    将纤维单丝从纤维束上抽出，粘贴在涂好脱模剂的哑铃状钢模具，然后将脱泡后的柔性环氧树脂体系从一端小心连续地浇注到模腔中，按500C/3h,800C/2h,120qC/2h的Jl匝序于烘箱中加热固化，自然冷却至常温脱模。试样尺寸厚为2mm,宽为4min、有效长度为20mm。
2. 4单丝强度测试
    Kevlar单丝强度用Instron 5848微观力学实验系统测定，纤维单丝拉直后用环氧胶固定在有孔的坐标纸上，标距为20mm，加载速度为1 mm/ min.
2. 5界面剪切强度测试
    单纤维断裂实验将试样夹紧在RGT-30微机控制电子万能材料试验机夹头的中轴线上，以0. 3 mm/min的加载速度缓慢加载，至持续加载后纤维断裂数不再发生变化时结束，实验测得20 mm标
距上的纤维断裂数，由此可得纤维平均断裂长度l。按Kelly-Tyson等式计算界面剪切强度：〔⁷〕：

2.6扫描电镜观察
    采用JSM-5610LV扫描电镜（SEM)观察处理及未处理Kevlar纤维的表面形貌。[-page-]
3 结果与讨论
3.1纤维表面的形貌分析
    采用扫描电子显微镜分析Kevlar纤维经UV处理前后的表面形貌变化。图1（a)和（b）分别为未经处理和UV处理8min的纤维表面形貌图，从图中可以看出，未经处理的纤维表面相当光滑，只存在极少数小的突起；UV处理8min后，纤维表面出现了较多、较大的突起，表面较粗糙，附有不均匀的斑状物，表面可见到类似微裂纹的浅沟槽，它们分布不连续也不均匀。这是纤维表面被氧化的缘故。另一方面，紫外光刻蚀纤维使纤维的比表面积增大，从而能够加强纤维与树脂基体间的粘性。

3.2 UV处理对单丝强度的影响
    纤维的单丝强度表征纤维的抗拉强度，从图2以看出，随着处理时间的增加，纤维的直径不变，但纤维的单丝强度逐渐减小。这表明纤维受UV辐射时间越长，对纤维抗拉强度的损失越大。而由图3可知，在10min内，UV处理对纤维的抗拉强度损失不大，其保留率均在90 %以上。这是因为，对于材料而言，表面缺陷是发生应力集中的部位，当应力集中到一定程度时，就会超过原子、分子的大内聚力使材料破坏【⁸〕。随着处理时间的增加，紫外光刻蚀纤维越严重，应力集中的部位减少，破坏几率增大，单丝强度下降。
3.3 UV处理对界面剪切强度的影响.
    单纤维断裂试验中，纤维一旦发生断裂，某一区域内在纤维的断裂点应力从0通过一段长度恢复到未扰动的应力，在这一区域内纤维不会再发生断裂，这一区域被Cuntin称为应力恢复区【⁷〕。断裂纤维的应力恢复是由纤维和基体之间的界面粘结水平引起的，一般通过参数“临界纤维长度l。”来表征【⁹〕。一般地，定义临界纤维长度l。为单纤维复合材料断裂试验中的长纤维段长度或平均纤维段长度的4/3，平均断裂长度定义为纤维段分布的算术平均值（监测长度除以观察到的断裂数），假设所有断裂条件（纤维、表面处理、树脂、试样的形状尺寸、实验方法等）相同，较短的断裂长度和较多的断裂数意味着较强的界面粘结状况。

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    表1给出了经过UV处理的Kevlar纤维通过单纤维断裂实验得到的临界纤维长度l。及其与环氧树脂间的界面剪切强度，其中界面剪切强度是根据Kelly和Tyson模型，运用SF C实验中测得的临界纤维长度和纤维强度由公式（1)计算得到的。

    由表1可知，未处理的纤维与环氧基体的界面剪切强度低，临界纤维长度长，说明未处理的纤维与环氧树脂的粘结是弱的，这是由于未处理的纤维表面比较光滑，纤维的比表面积小，与树脂基体的相互作用较弱；当处理时间为8 min时，其临界纤维强度短，表明界面能有效地传递应力，其界面剪切强度亦高，主要是因为纤维受紫外光刻蚀，表面粗糙度变大，比表面积增大，纤维与基体之间的机械互锁作用越强，界面结合越好[¹⁰]，此时其表面活性达到高，大大改善了界面的粘结状况，而随着处理时间的增加，紫外光刻蚀纤维越严重，使得其表面活性下降，反而不利于提高与树脂基体的界面粘结性。
    经过UV处理后，Kevlar纤维／环氧树脂的界面剪切强度及其提高程度的变化趋势如图4和图5所示。[-page-] 
    从图4,5可以看出，单纤维复合材料的界面剪切强度随UV处理时间先增大后减小，界面剪切强度的提高很明显，其中在处理时间为8 min时达到大，较未处理时提高了62.6%，达到了18. 11MPa.而由于本实验中所使用的树脂是实验室自制的柔性环氧树脂，其拉伸强度远远高于试验所述试样的剪切强度值，这就说明了试验中先发生破坏的是纤维与树脂基体间的界面，而非基体的内聚破坏。单纤维断裂实验的结果表明，UV处理Kevlar纤维对于改善纤维与树脂基体间的界面粘结性能做出了显著的贡献，当处理时间在8min左右时效果尤其明显。

4结语
    UV处理方法增大了纤维的比表面积，能够明显改善Kevlar纤维与环氧树脂间的界面粘结性，使材料的界面剪切强度提高达62.6%（处理8 min时），同时，对纤维抗拉强度的影响却很小，损失率
在10%左右。