CaCl_2和多巴胺处理对芳纶纤维表面结构与性能的影响

采用氯化钙(CaCl_2)乙醇溶液和多巴胺水溶液浸渍法对芳纶纤维表面进行改性处理,对改性后芳纶纤维表面的化学结构、微观形貌、表面粗糙度、单丝拉伸强度和芳纶纤维/环氧树脂复合材料的界面性能等进行了测试分析。结果表明,采用CaCl_2乙醇溶液处理芳纶纤维后,芳纶纤维表面有刻蚀出的沟槽,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度明显提高,同时由于纤维结构受到破坏,单丝拉伸强度下降了11.12%;采用多巴胺水溶液处理时,芳纶纤维表面沉积了聚多巴胺涂层,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度进一步提高,纤维结构几乎不受影响,单丝拉伸强度降幅较小;采用CaCl_2乙醇溶液和多巴胺水溶液先后处理芳纶纤维后,纤维表面的聚多巴胺涂层更致密,复合材料的层间剪切强度达到最大值,同时改性后的纤维具有一定的抗紫外性能,此方法改性效果最优。     

LiCl处理对芳纶纤维表面结构与性能的影响

为提高芳纶纤维与复合材料基体间的界面强度,首先,使用LiCl乙醇溶液处理芳纶纤维一定时间;然后,对LiCl处理芳纶纤维表面的化学组成、微观形貌、单丝拉伸强度及芳纶纤维/环氧树脂复合材料的界面性能等进行了测试分析。结果表明:使用LiCl乙醇溶液处理芳纶纤维后,芳纶纤维表面的含氮官能团含量增加;处理后,芳纶纤维表面有刻蚀出的沟槽,表面粗糙度增大,进而改善了芳纶纤维与环氧树脂基体的界面粘接性能,使芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度由处理前的21.75 MPa提升到37.98 MPa;最佳处理时间为3~4 h,而处理时间过长会导致芳纶纤维的单丝拉伸强度及复合材料的层间剪切强度下降。所得结论证实使用LiCl处理芳纶纤维是一种有效的表面改性方法。      

芳纶纤维的磷酸表面处理及其树脂基复合材料界面性能

采取不同浓度的磷酸水溶液对芳纶纤维进行表面处理, 并对不同处理条件下芳纶纤维的单丝强度、表面性质及其环氧树脂复合材料的界面性能进行了分析和测试。结果表明: 20 wt %磷酸溶液处理的芳纶纤维, 纤维表面含氧官能团含量最高; 继续提高磷酸溶液的浓度, 含氧官能团含量下降, 纤维表面趋于平整, 单丝强度上升。用20 wt %磷酸溶液处理芳纶纤维, 纤维/ 环氧树脂基复合材料的层间剪切强度达到62 MPa , 界面剪切强度提高18 % , 是一种简单有效的表面处理方法。纤维表面粗糙度和纤维表面含氧官能团的数量是影响芳纶纤维/ 环氧树脂复合材料界面结合性能的关键因素。      

芳纶纤维与树脂基体改性对复合材料剪切性能的影响

芳纶纤维表面惰性会影响其与树脂间的浸润性能和界面结合强度,因此限制了芳纶纤维复合材料在航空、航天、输电等领域的应用。为了对比纤维表面改性和树脂基体改性技术对芳纶纤维复合材料层间剪切性能的影响,文中结合光学和力学测试方法对不同改性技术及处理过程对芳纶纤维表面刻蚀的影响机制开展了深入研究。结果表明,乙酸酐化学刻蚀会对芳纶纤维表面基团产生影响且增加表面粗糙度。热氧化刻蚀处理后表面粗糙度显著增加,具有明显“沟壑”状。然而,当乙酸酐化学刻蚀处理时间高于6 h、热氧化刻蚀处理时间高于4 min时,纤维内部结构就会受到损伤,导致复合材料层间剪切性能降低。超声浸渍改性处理后,纤维表面粗糙度有一定增加,纤维表面附着的气体将会排出,超过20 min后改性效果趋于稳定。使用偶联剂改性树脂基体可以增加纤维表面的键合作用,当添加量超过3%时,树脂分子间的过度交联导致复合材料层间剪切性能下降。研究结果为提高芳纶复合材料浸润性能和界面强度提供了理论依据,对航空航天、电力系统中芳纶复合材料设计及制造研究具有参考价值。     

γ-射线辐照Armos纤维对AFRC界面性能的影响

为改善Armos纤维和环氧树脂间的界面结合性能,采用对环氧树脂/丙酮溶液浸泡的Armos纤维进行γ-射线辐照改性处理,探索辐照剂量对其芳纶纤维增强复合材料(AFRC)界面性能的影响.研究结果表明:在辐照剂量200～1000kGy,AFRC的层间剪切强度(ILSS)和界面剪切强度(IFSS)均增加,且500kGy界面强度较未处理的提高幅度最大;经γ-射线辐照处理的芳纶纤维,表面氧含量有大幅度提高,使得纤维表面活性增大;辐照处理后纤维表面较未处理的纤维表面粗糙度有所增加;纳米硬度仪测试AFRC横断面纤维、界面和基体的纳米硬度,表明辐照可以提高复合材料的硬度.     

超临界二氧化碳对芳纶纤维的表面改性

针对芳纶纤维与树脂基体界面性能差及纤维原纤化的问题,采用超临界二氧化碳分散环氧树脂对芳纶纤维进行表面改性,研究超临界二氧化碳处理对芳纶纤维结构及性能的影响。结果表明超临界二氧化碳改性处理能够提高环氧树脂对芳纶纤维的浸润效果,利用超临界二氧化碳分散环氧树脂对芳纶纤维进行处理,可以在一定程度上提高芳纶纤维的性能并改善芳纶增强树脂基复合材料的界面性能。超临界二氧化碳处理能够提高芳纶纤维表面粗糙度及比表面积,且芳纶纤维性能不受影响。     

氧化石墨烯改性玄武岩纤维及其增强环氧树脂复合材料性能

为了改善玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,通过偶联剂对氧化石墨烯进行改性,并将改性后的氧化石墨烯引入到上浆剂中对玄武岩纤维进行表面涂覆改性,同时制备了氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料.采用FTIR表征了氧化石墨烯的改性效果;运用SEM分析了改性上浆剂处理对玄武岩纤维表面及复合材料断口形貌的影响和作用机制.结果表明:偶联剂成功接枝到氧化石墨烯表面;玄武岩纤维经氧化石墨烯改性的上浆剂处理后,表面粗糙度及活性官能团含量增加,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂界面处的机械齿合作用及化学键合作用增强,界面黏结强度得到改善,玄武岩纤维的断裂强力提高了30.8%,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度提高了10.6%.     

芳纶表面改性及其与丁腈橡胶复合材料的性能研究

为增强对位芳纶纤维(PPTA)与丁腈橡胶(NBR)之间的界面粘结强度,采用多巴胺(DA)-硅烷偶联剂对芳纶纤维联合改性并制备PPTA/NBR复合材料。结果表明,纤维改性后表面粗糙度增加;表面元素含量和种类都发生较大变化;在H试样抽出测试中,改性后的PPTA帘线/NBR试样抽出力相对于未改性试样增大64.02%,且黏附橡胶较多。改性后的PPTA/NBR试样,纤维含量相同时,断裂伸长率和拉伸强度相对未改性的PPTA/NBR试样增大;随着纤维含量的增加,使用同种方法处理的PPTA/NBR复合材料断裂伸长率减小,拉伸强度先增大后减小。     

酸刻蚀对玄武岩纤维表面偶联剂吸附量及纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响

纤维与树脂的复合需要有一个良好的界面相,以便能将载荷从基体有效地传递给增强纤维,纤维表面改性处理是达到这一要求的主要方法。采用盐酸刻蚀法对玄武岩纤维（BF）表面进行处理,讨论了酸刻蚀对纤维单丝拉伸性能、表面硅烷偶联剂吸附量的影响以及盐酸浓度对BF/环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明：纤维的单丝拉伸强度随着盐酸浓度的升高呈加速下降趋势;1 mol/L盐酸处理后的纤维表面对硅烷偶联剂KH550的吸附量最大;1 mol/L盐酸刻蚀后再经硅烷偶联剂KH550处理的纤维制成的BF-KH550/环氧树脂复合材料的弯曲性能、拉伸性能和层间剪切强度最优。     

芳纶纤维的络合/涂覆固化复合改性及其天然硫化胶性能的研究

采用氯化钙(CaCl2)水溶液络合/环氧树脂(EP)体系,对芳纶纤维(AF)进行表面处理,进行力学性能测试,分析复合处理对纤维/天然橡胶(NR)复合物力学性能的影响,结果表明:当添加EP/AF=3%(质量分数,下同)时改性效果最佳,AF/NR复合材料的拉伸强度、300%定伸应力和撕裂强度与单用CaCl2处理的相比,分别提高了9.21%、18.41%和14.98%;并且使用DMA,XRD及SEM分析复合处理对复合物界面粘合的影响。     

Effects of fiber surface treatments on mechanical properties of epoxy composites reinforced with glass fabric

In this study, effects of fiber surface treatments on mechanical behavior and fracture mechanism of glass fiber/epoxy composites were investigated experimentally. To change the composition of the glass and regenerate to the hydroxyl groups, activation pretreatment of heat cleaned woven glass fabric was performed using (v/v) HCl aqueous solution at different concentrations before silane treatment. The treatment of silanization of heat cleaned and acid activated glass fibers with γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane were performed. In this work, short beam shear test has been conducted to determine the performance of the acid treatment and the silane treatment in terms of the interlaminar shear strength. The silane coating on the heat cleaned glass fibers increased the interlaminar shear strength of the composite. However, the silane coating on the acid activated glass fibers did not improve the interlaminar shear strength of the composite. In addition, the strengths of the glass fabric specimens in tension and flexure were investigated. When the glass fibers are first treated with HCl solution and then with silane coupling agent, the tensile strengths of the composites decreased significantly. Scanning electron photomicrographs of fractured surfaces of composites were performed to explain the failure mechanisms in the composite laminates broken in tension.     

单向连续碳纤维-玻璃纤维层间混杂增强环氧树脂基复合材料的力学性能

为了研究连续单向纤维的层间混杂方式对复合材料力学性能及破坏方式的影响,采用碳纤维-玻璃纤维体积比为1∶1,以拉-挤成型法制备了具有不同层间混杂结构的连续单向纤维增强环氧树脂基复合材料,并研究了不同层间混杂结构的连续单向碳纤维-玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的力学性能及破坏形式。结果表明：具有层间混杂结构的复合材料抗拉强度处于纯碳纤维/环氧树脂复合材料和纯玻璃纤维/环氧树脂复合材料之间,复合材料的拉伸断裂方式为劈裂;具有层间混杂结构的复合材料的层间剪切强度均优于纯碳纤维/环氧树脂复合材料和纯玻璃纤维/环氧树脂复合材料,复合材料的剪切断裂方式为层间断裂。     

聚合物涂层对高模量碳纤维表面性能的影响

为改善碳纤维表面性能以及碳纤维/树脂复合材料的界面性能,对PAN基高模量碳纤维（HMCF）表面进行聚合物涂层处理。研究了不同潜伏性固化剂含量的聚合物涂层对HMCF表面以及碳纤维/树脂复合材料的界面性能的影响。IR分析表明,聚合物涂层与纤维或树脂基体发生了化学反应。扫描电镜和动态机械热分析的结果也说明,聚合物涂层能够提高...     

Mixed resin and carbon fibres surface treatment for preparation of carbon fibres composites with good interfacial bonding strength

The objective of this work is to improve the interlaminar shear strength of composites by mixing epoxy resin and modifying carbon fibres. The effect of mixed resin matrix’s structure on carbon fibres composites was studied. Anodic oxidation treatment was used to modify the surface of carbon fibres. The tensile strength of multifilament and interlaminar shear strength of composites were investigated respectively. The morphologies of untreated and treated carbon fibres were characterized by scanning electron microscope and X-ray photoelectron spectroscopy. Surface analysis indicates that the amount of carbon fibres chemisorbed oxygen-containing groups, active carbon atom, the surface roughness, and wetting ability increases after treatment. The tensile strength of carbon fibres decreased little after treatment by anodic oxidation. The results show that the treated carbon fibres composites could possess excellent interfacial properties with mixed resins, and interlaminar shear strength of the composites is up to 85.41 MPa. The mechanism of mixed resins and treated carbon fibres to improve the interfacial property of composites is obtained.     

磷酸处理芳纶纤维的缠绕环氧树脂基体

在用磷酸(PA)溶液处理芳纶纤维的基础上, 系统研究了适用于制备高性能芳纶纤维增强复合材料的缠绕环氧树脂基体, 测试了复合材料的力学性能和热机械性能, 讨论了树脂基体对芳纶纤维增强复合材料界面性能的影响。结果表明: 经过磷酸溶液处理的芳纶纤维表面存在一定量的极性官能团, 与缩水甘油酯类环氧树脂有良好的界面相容性; 经过优化的树脂体系其芳纶纤维增强复合材料的NOL环(Naval Ordnance Laboratory Ring)纤维强度转化率达到95％, 层间剪切强度(ILSS)达到79MPa, 界面剪切强度(IFSS)达到76MPa, 具有较好的界面性能。      

接枝改性对F-12纤维及其环氧复合材料力学性能影响的研究

采用稀氢氧化钾溶液对Ｆ－ １２ 纤维表面进行处理,将—ＣＯＯＫ 基团引入到Ｆ－ １２纤维表面,作为环氧氯丙烷接枝的引发剂．并分析了温度和时间对Ｆ－ １２ 纤维拉伸强度及其环氧复合材料层间剪切强度的影响．表明：在温和条件下将—ＣＯＯＫ 基团引入到Ｆ－ １２纤维表面,进而引发环氧氯丙烷的接枝,可以提高Ｆ－ １２环氧复合材料的层间剪切强度,而纤维的拉伸强度只有较小的损伤．     

碳纤维/TiO2改性树脂复合材料的制备及力学性能

针对环氧树脂脆性大、与碳纤维形成的界面性能较差等问题,本文选用纳米TiO₂对5284环氧树脂进行改性,并以角联锁机织物为增强体制备了碳纤维/环氧树脂复合材料。使用FT-IR、旋转流变仪、表面张力仪等设备对TiO₂/环氧树脂进行表征,并研究了树脂改性对复合材料压缩与层间剪切性能的影响。研究表明:TiO₂的羟基与环氧树脂的环氧基和羟基发生了反应;经1wt.%TiO₂改性的树脂复数黏度为0.066 Pa·s,纤维与树脂间接触角为28.85°,浸润效果较好;相较于未改性复合材料,树脂改性的复合材料纵向压缩强度与模量分别提高了7.46%和11.03%,横向压缩强度与模量分别提高了6.99%和4.96%,纵向、横向的剪切强度分别提高了6.88%和4.65%。TiO₂改性环氧树脂提高了复合材料的承载能力,改善了界面结合强度。