阳极氧化对碳纤维及其复合材料性能影响的研究

对聚丙烯腈基碳纤维表面进行电化学氧化处理,用SEM扫描电镜、力学分析研究了阳极氧化对碳纤维表面形貌及力学性能的变化过程.结果表明：随着阳极氧化电流的增大,碳纤维表面沟槽缺陷逐渐消失,碳纤维力学性能先上升后下降,80 A氧化电流使碳纤维层间剪切强度提高变化15.3％、拉伸强度提高l2.1％;阳极氧化有利于提高碳纤维在热塑性材料中的粒径尺寸.     

阳极氧化处理对PAN基碳纤维性能的影响

利用阳极氧化技术对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维表面进行改性处理,研究了处理前后PAN基碳纤维表面润湿性能及力学性能的变化,分析了阳极氧化处理时电流强度对PAN基碳纤维及其增强环氧树脂基复合材料性能的影响。结果表明:阳极氧化处理后,PAN基碳纤维的润湿性提高,其中碳纤维与水、乙醇的接触角分别由处理前的64.6°,50.9°降至处理后的24.6°,28.1°,其表面能由未处理的37.4 m N/m提高到处理后的83.3 m N/m,经水洗干燥处理后,碳纤维润湿性及表面能有所降低;阳极氧化过程中,随着电流强度的提高,PAN基碳纤维的线密度及拉伸强度出现先升高后降低现象;阳极氧化处理后,碳纤维表面活性提高,碳纤维/环氧树脂基复合材料层间剪切强度较未处理时的最大增幅达到86%;阳极氧化处理PAN基碳纤维的最佳电流强度为14 A。     

阳极氧化及上浆过程中PAN基碳纤维表面形态结构的演变

采用阳极氧化法对PAN基碳纤维的表面进行改性,然后使用上浆剂对纤维表面进行上浆处理。使用扫描电镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱仪等分析了处理过程中碳纤维表面形态结构的变化,研究了阳极氧化及上浆处理对碳纤维的拉伸强度及其与环氧树脂间界面剪切强度(IFSS)的影响。结果表明:阳极氧化处理后,碳纤维表面平均粗糙度从48.0 nm增大到90.5 nm,而上浆后碳纤维平均粗糙度下降到32.3nm;经阳极氧化处理后,碳纤维表面碳(C)元素含量降低,氧(O)、氮(N)元素含量增加,—OH基团含量由14.43%增加到39.32%,而上浆后纤维表面—OH基团含量变化不大;在阳极氧化过程中随着氧化程度的提高,碳纤维的拉伸强度逐渐降低,但其IFSS逐渐升高;上浆对碳纤维拉伸强度影响不大,但上浆剂中较高的活性基团使得其IFSS进一步提高。     

表面改性高模高强碳纤维与环氧树脂界面相容性研究

采用阳极氧化法对高模高强碳纤维表面改性,改性后上浆处理。经润湿性能测试,改性后碳纤维的接触角由改性前的66.3°降至27.8°,表面活性增加,润湿性能改善。采用扫描电镜和原子力显微镜对其表面结构进行表征,发现改性后碳纤维表面粗糙度增加,分散性较好。对其环氧树脂复合材料进行力学性能测试,结果表明复合材料界面剪切强度和层间剪切强度分别增至42.3 MPa和43.6 MPa,且增加程度与纤维表面粗糙度成正比。     

碳纤维表面氨化处理对环氧树脂在其表面浸润性的影响

分别用氧化方法和氨化方法对碳纤维进行表面处理,采用XPS研究不同处理方法对碳纤维表面元素组成以及官能团的影响。结果表明经过氧化处理后,碳纤维表面的氧含量明显增加,表面有较高的m(O+N)/m(C)比;氨化处理后,碳纤维表面的氮元素明显增加,氧含量减少,并且增加的氮元素主要以氨基的形式存在。采用接触角测试中的插入法和液滴法分别研究碳纤维处理后在水和环氧树脂中的接触角变化。结果表明,经过氧化和氨化方法处理后碳纤维与环氧树脂的接触角降低。氧化与氨化相比,氨化处理后碳纤维与环氧树脂之间有较低的接触角,表明在碳纤维表面增加氨基官能团能显著改善碳纤维和环氧树脂之间的浸润性能。     

碳纤维表面处理

介绍了碳纤维表面气相氧化、液相氧化、阳极氧化、化学涂层、电聚合涂层和冷等离子体等6种处理方法。用冷等离子体方法处理碳纤维表面可提高复合材料层间剪切强度、模量、耐湿热性能及材料的韧性,是目前最有发展前途的处理方法之一。     

PAN基碳纤维阳极电解氧化表面处理的研究

借助XPS、力学分析、SEM扫描电镜、傅立叶红外光谱 ,较系统地考察了碳纤维表面组成与结构的变化及阳极氧化表面处理对碳纤维复合材料层间剪切强度的作用与影响。结果表明 :采用碳酸氢铵为电解质对碳纤维进行阳极电解氧化表面处理后 ,其复合材料的层间剪切断裂转变为以张力断裂形式为主 ;通过适当地增加碳纤维表面的羟基含量 ,提高活性碳原子数与非活性碳原子数比 ,可有效地改善碳纤维复合材料的使用性能 ,使碳纤维层间剪切强度提高 49% ,层间剪切强度达 85 .5MPa。     

碳纤维表面处理技术探讨

介绍了碳纤维的特点及碳纤维表面处理常用方法,采用液相氧化加上阳极氧化的复合表面处理法对碳纤维进行表面氧化处理,然后将表面处理后的碳纤维加捻、并合、再加捻,浸渍于热塑性聚氨脂树脂中,经干燥,制成附着量约为5%的碳纤维复合线;同时用未经表面处理的碳纤维,在同样条件下制成碳纤维复合线进行对比。结果表明:采用缓和的电化学氧化处理和加热处理,能使纤维表面的缺陷得到修复,碳纤维制造过程所形成的物理缺陷得到缓和,使碳纤维的机械强度可在复合材料中起到更大的作用。     

不同表面处理对铝合金-CFRP粘结性能的影响

胶接是铝合金和碳纤维增强复合材料(CFRP)的最有效连接方式之一。胶接接头的性能很大程度取决于基体表面,选择合适的表面处理方式能够提升胶接强度。针对目前铝合金—CFRP胶接强度弱的问题,研究了砂纸打磨和阳极氧化两种常用的胶接铝合金表面处理工艺,在此基础上提出了一种新型的喷砂和阳极氧化混合表面处理方式,有效且稳定地提升了铝合金-CFRP胶接接头性能,并通过表征分析进一步揭示了胶接性能提高的机理,发现新型的处理方式结合了机械处理和化学处理的优势,不仅仅能提升表面粗糙度,并且能提升表面氧化层厚度、降低表面污染层厚度,提升表面极性,提升表面能,最终提升接头的性能。     

碳纳米管改性环氧树脂/碳纤维复合材料的界面性能

采用碳纳米管对环氧树脂体系以及碳纤维进行改性处理,得到四种试样,即CNTs-00 (不添加碳纳米管)、CNTs-01 (碳纳米管与活性分子预反应)、CNTs-02 (碳纳米管与树脂体系直接混合)、CNTs-03 (碳纤维表面生长碳纳米管)。采用视频接触角测量仪以及界面性能测试仪对树脂浸渍国产T800S碳纤维单丝形成的微球形态、微球与纤维的界面接触角及界面剪切强度(IFSS)等进行了分析表征;同时采用模压法制备了复合材料单向板,从宏观尺度表征了其层间剪切强度(ILSS)。结果表明,与CNTs-00相比,CNTs-01的树脂界面浸润性以及复合材料IFSS有了较大提高,接触角减小了3.1°,IFSS提高了12.7%,ILSS提高了9%;CNTs-02的树脂界面浸润性略有降低,接触角增大了0.9°,IFSS降低了8.6%,ILSS与CNT–00基本相同;CNTs-03的界面浸润性降低,浸润角增大了4.5°,IFSS降低了5.7%,ILSS降低了11.5%。     

Processing and characterization of epoxy nanocomposites reinforced by cup-stacked carbon nanotubes

The effect of the dispersion, ozone treatment and concentration of cup-stacked carbon nanotubes on mechanical, electrical and thermal properties of the epoxy/CSCNT nanocomposites were investigated. Ozone treatment of carbon fibers was found to increase the surface oxygen concentration, thereby causing the contact angle between water, epoxy resin and carbon fiber to be decreased. Thus, the tensile strength, modulus and the coefficient friction of carbon fiber reinforced epoxy resin were improved. Moreover, the dispersion of fibers in polymer was increased and the electrical resistivity was decreased with the addition of filler content. The dynamic mechanical behavior of the nanocomposite sheets was studied. The storage modulus of the polymer was increased by the incorporation of CSCNTs. But the glass transition temperature decreased with increasing fiber loading for the ozone treated fiber composites. The ozone treatment did affect the morphology, mechanical and physical properties of the CSCNT.     

PAN基高模碳纤维阳极氧化的表面处理

采用阳极氧化法对PAN基高模碳纤维进行连续表面处理,重点研究了氧化电流密度对碳纤维宏观力学性能、表面形貌、表面酸性官能团以及碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层间剪切强度(ILSS)的影响。结果表明,电流密度对纤维力学性能、表面形貌影响不大;氧化后纤维表面总的酸性官能团显著提高,最大增幅达13倍左右;适当的处理条件可使CFRP的ILSS从28.4 MPa提高到80 MPa以上。     

不同拉伸条件下基于Weibull模型的粘胶基碳纤维强度分布研究

从粘胶基碳纤维的拉伸实验得到其 S-S曲线和强度、模量、断裂伸长等力学性能数据 ,表明该材料是典型的脆性断裂 ,且断裂分散性较大。采用 VB编程软件设计了 Weibull程序 ,该模型能计算出碳纤维的平均强度、Weibull模数、尺度参数 ,并能模拟碳纤维强度的累积概率分布和概率密度曲线。不同氧化拉伸条件下强度的实验数据基本上落在程序模拟出的累积概率分布直线上 ,证明了该数学模型适用于分析碳纤维强度分布。在氧化完全松弛的条件下 ,粘胶基碳纤维的平均强度较高 ,但 Weibull模型分析的结果表明氧化拉伸比为 -5 %时 ,Weibull模数最大 ,不匀率最小 ,而氧化拉伸对粘胶基碳纤维模量没有显著影响。     

Surface properties of oxyfluorinated PAN-based carbon fibers

In this study, the oxyfluorination of PAN-based carbon fibers was undertaken at room temperature using fluorine-oxygen mixtures, and the influence of oxyfluorination on properties such as wettability, surface polarity, surface free energy, conductivity and tensile strength was investigated. As the oxyfluorination time increased at a total pressure of 5 kPa, both the fluorine/carbon and oxygen/carbon ratios increased. The contribution of semicovalent C-F bond to F1s spectra is considerably decreased with increasing total pressure from 5 to 80 kPa, and at the same time, the contribution of covalent C-F bond is increased. As the total pressure of fluorine-oxygen mixtures increased, the contact angle of water significantly decreased and again increased to a similar value to that of as-received carbon fiber. A short oxyfluorination of carbon fibers considerably increased the wettability, that is, hydrophilicity.The electrical conductivity of oxyfluorinated carbon fiber is larger than that of the as-received fiber. This is because the surface region of carbon fiber is fluorinated. An increase in the tensile strength of about 18% after oxyfluorination is observed. The increase in tensile strength of oxyfluorinated carbon fibers can be understood as being due to a decrease in the diameter of the fiber.     

不同方法退浆后碳纤维表面形态结构变化的研究

采用3种不同的退浆方法对碳纤维进行了退浆处理,然后利用X-射线光电子能谱、场发射扫描电镜、接触角测试等方法,对比分析了退浆前后碳纤维表面形态结构及润湿性能的变化。结果表明:退浆后碳纤维表面C元素含量增加明显,而O、Si元素含量降低;经退浆的碳纤维表面沟槽结构清晰可见;退浆后水溶液对碳纤维润湿性能变差。     

硅烷偶联剂处理木塑复合材胶接接头的耐水性

利用硅烷偶联剂KH560对木粉/聚乙烯复合材料进行表面处理以改善其胶接性能。利用接触角、吸水量、表面形貌以及胶接强度测试等分析方法,研究了硅烷偶联剂处理聚乙烯木塑复合材料胶接接头在水环境中的胶接耐久性能。试验结果表明,机械打磨并偶联剂处理后,聚乙烯木塑复合材表面接触角增加,表面粗糙度增大,胶接强度和耐水性明显提高。偶联剂分子链上环氧基团的"架桥"作用以及甲氧基的憎水作用,是粘接强度和耐水性能提高的主要原因。浸水环境下,聚乙烯木塑复合材料表面粗糙度略有降低;随着浸水时间的延长,表面接触角下降,胶接接头的吸水量增加,胶接强度下降。水环境下聚乙烯木塑复合材料中木质纤维成分的吸水膨胀,是造成胶接强度下降的主要原因。