国产800级碳纤维表面状态及其复合材料界面性能EI北大核心CSCD

通过扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱（XPS）、复丝拉伸法、单丝拉伸法及单丝断裂法对3种国产800-12K碳纤维表面状态及其复丝拉伸性能、单丝复合体系的界面性能进行系统分析与研究。结果表明：3种国产800级碳纤维表面均较为光滑,纤维的粗糙度为9-17nm,纤维表面含氧量较高且稳定,O/C在0.23~0.27之间;3种国产800级碳纤维复丝拉伸强度相当,质量控制稳定,断裂伸长率为1.9左右,纤维与树脂基体匹配性较好;3种国产800级碳纤维单丝拉伸强度不稳定,纤维的表面化学活性对纤维与树脂基体的界面结合强度影响显著。     

单丝断裂双树脂法研究碳纤维/环氧树脂界面粘结性能

建立了单丝断裂双树脂体系法, 利用外层树脂的韧性使包埋于内层脆性树脂中的纤维单丝断裂达到饱和, 解决了断裂伸长率较低的树脂基体采用传统的单丝断裂法无法测得界面剪切强度的问题。分别采用界面剪切强度和界面断裂能作为表征参量, 考察了干态及湿热条件下两种T300级和两种T800级碳纤维/环氧树脂的界面性能, 并与单丝断裂单树脂体系的界面性能进行比较。结果表明: 单丝断裂双树脂体系与单树脂体系在表征碳纤维/环氧树脂的界面性能上定性规律一致; 双树脂体系界面断裂能和界面剪切强度均可评价界面的耐湿热性能, 且二者得到的变化规律一致; 湿热处理后界面粘结性能均呈下降趋势, 国外碳纤维体系的界面耐湿热性能明显优于国产碳纤维体系。     

单丝断裂双树脂法研究碳纤维/环氧树脂界面粘结性能

建立了单丝断裂双树脂体系法,利用外层树脂的韧性使包埋于内层脆性树脂中的纤维单丝断裂达到饱和,解决了断裂伸长率较低的树脂基体采用传统的单丝断裂法无法测得界面剪切强度的问题.分别采用界面剪切强度和界面断裂能作为表征参量,考察了干态及湿热条件下两种T300级和两种T800级碳纤维/环氧树脂的界面性能,并与单丝断裂单树脂体系的界面性能进行比较.结果表明:单丝断裂双树脂体系与单树脂体系在表征碳纤维/环氧树脂的界面性能上定性规律一致;双树脂体系界面断裂能和界面剪切强度均可评价界面的耐湿热性能,且二者得到的变化规律一致;湿热处理后界面粘结性能均呈下降趋势,国外碳纤维体系的界面耐湿热性能明显优于国产碳纤维体系.     

基于声发射技术的单丝复合材料界面性能研究

为了克服传统单丝断裂实验局限于透明及高应变树脂的缺点,进一步拓展其应用范围,将声发射技术与传统单丝断裂实验相结合以评估单丝复合材料界面性能.通过声发射技术监测了单丝复合材料的断裂过程,采用参数分析、波形分析以及聚类分析对单丝复合材料拉伸过程中的声发射信号特征进行研究,并与显微镜观察法测得的纤维断裂模式和界面剪切强度相对比。实验结果表明:声发射技术可以对单丝复合材料断裂过程中的断裂模式和界面性能进行高效评估,采用该方法分析得到的界面剪切强度与传统单丝断裂实验中的光弹花样观察分析结果一致。声发射技术可以拓展单丝断裂实验的研究对象,为单丝界面剪切强度的计算提供一种高效、通用的评价方法。     

碳纤维增强树脂基复合材料的界面

从碳纤维、树脂基体、界面3个层次对碳纤维增强树脂基复合材料的界面研究进行了综述,重点介绍了碳纤维表面特性表征及改性方法、树脂基体特性及改性方法和界面分析表征手段,由此提出了纤维/树脂界面的研究路线,简要分析了复合材料界面研究的前景与趋势。为了实现纤维/树脂界面的良好匹配,充分发挥碳纤维复合材料的性能优势,需完善界面表征手段、明确界面微观性能与复合材料宏观性能的关系、深化研究界面对复合材料湿热性能及失效模式的影响等。     

电热作用对碳纤维/树脂复合材料界面应力的影响电热作用对碳纤维/树脂复合材料界面应力的影响

碳纤维/树脂复合材料广泛应用于民用航空器结构中,在服役期间会受到复杂环境（湿热、腐蚀、复杂应力和电热作用等）的作用,低强度电流对碳纤维/树脂复合材料的影响受到的关注较少。以碳纤维/树脂复合材料为研究对象,根据碳纤维的温敏效应和通电时的电阻变化规律,计算出碳纤维单丝/环氧树脂复合试样的界面温度范围,之后采用拉曼光谱测试和单丝断裂实验研究了低强度电流对单丝复合体系界面应力和界面剪切强度的影响。结果表明:随着电流强度的提高,单丝复合体系的界面温度随之升高,电流为8 mA时,界面温度高达约200℃。随着电流强度的增大,单丝复合体系的界面压缩应力表现为先增大后减小的趋势,电流高于7 mA后,界面处树脂出现烧蚀降解破坏;单丝断裂实验结果表明随着电流强度增大,单丝复合体系的界面剪切强度呈现先升后降的趋势,在6 mA时界面剪切强度达到最大值62.39 MPa,而8 mA时界面剪切强度仅为34.95 MPa。      

碳纤维-玻璃纤维层内混杂单向增强环氧树脂复合材料拉伸性能

采用不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维层内经向混编单轴向织物制备了混杂纤维增强环氧树脂复合材料, 研究了不同混杂结构和不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的变化及破坏形式。0°拉伸结果表明:同种混杂织物的不同混杂结构中, 碳纤维相对集中的完全对齐结构强度最高, 不同混杂比织物的完全对齐结构强度相当;碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的模量遵循混合定律。90°拉伸结果表明:纤维与树脂间的界面结合强度为碳纤维/树脂>玻璃纤维/树脂, 碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的强度、模量与材料厚度方向上界面的不同形式(单一或交替界面、碳纤维或玻璃纤维的分布位置等)有关, 与碳纤维的含量基本无关。      

连续纤维增强PPESK树脂基复合材料的界面性能

用SEM观察了复合材料的微观断面结构,用横向拉伸强度和层间剪切强度表征玻璃纤维(GF)、T700碳纤维(CF)、芳纶纤维(F-12)增强PPESK树脂基复合材料的界面性能,研究了界面性能对三种复合材料耐湿热性能的影响.结果表明,T700/PPESK和F-12/PPESK复合材料的界面粘接性能均优于GF/PPESK复合体系.三种纤维复合材料的破坏机理不同:玻璃纤维发生纤维与树脂的界面脱粘破坏,碳纤维复合材料在破坏时,树脂与纤维并没有完全脱粘,破坏发生在树脂内;而芳纶纤维复合材料的破坏总伴随着纤维本身横向的撕裂破坏.三种复合材料体系均具有较低的吸湿率和良好的耐湿热性能,T700/PPESK复合材料在湿热条件下的性能保持率最高.     

芳纶纤维复合材料界面粘结性能研究

为了改善芳纶纤维复合材料的界面粘结性能,从自制树脂基体入手,针对芳纶纤维的结构特点,合成了一种新型树脂(AFR)作为基体,制备了芳纶/AFR复合材料.通过宏观力学、微观力学以及接触角测试等方法研究了AFR树脂与芳纶纤维之间的界面粘结性能.结果表明:AFR树脂对芳纶纤维的浸润性好,单丝拔出强度高,复合材料的横向拉伸强度及层间剪切强度高,这说明芳纶纤维与AFR树脂之间具有良好的界面粘结性能.     

上浆剂对国产T700级碳纤维复合材料界面性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试方法表征了上浆/未上浆国产T700级(MT700)碳纤维的表面特性,并通过单丝断裂实验测试了单丝复合体系微观界面剪切强度(IFSS),在此基础上研究了碳纤维表面特性对单丝复合体系微观界面性能及其耐湿热性能的影响.研究表明:MT700碳纤维表面上浆剂改善了纤维/基体微观界面强度及其耐湿热性能;湿热环境对复合材料的微观界面性能影响显著,尤其是造成纤维/基体间的化学键合作用破坏,去湿后部分界面性能可恢复.     

偶联剂处理镀镍碳纤维/环氧树脂界面特性

采用硅烷偶联剂KH560对镀镍碳纤维进行偶联处理.通过扫描电镜、红外光谱、接触角测量和单丝复合体系多次断裂法测试研究对比偶联处理前后碳纤维的表面形貌、结构、润湿性能以及纤维/树脂体系的界面状态和粘结性能.结果显示:偶联处理后,镍镀层表面平整,羟基等表面极性基团增加,表面涂覆的KH560膜层完整;镀镍碳纤维/树脂界面的浸润性得到改善;镀镍碳纤维/环氧树脂的界面处没有气泡产生,断点两侧的脱粘现象减轻;单丝饱和断点数由46增加到65;镀镍碳纤维/环氧树脂的界面剪切强度由(34.87±2.23) MPa提高到(72.51±3.77) MPa.     

碳纳米管纤维/环氧树脂复合材料的界面剪切强度及微观结构

研究了碳纳米管纤维的微观结构和拉伸性能,并进一步分析了其与环氧树脂形成界面剪切强度及微观结构。采用单丝断裂试验测试了碳纳米管纤维/环氧树脂复合材料体系的界面剪切强度,结合单丝断裂过程中的偏光显微镜照片、复合材料的拉曼谱图和断口扫描电镜照片,研究了碳纳米管纤维/环氧树脂复合材料界面的微观结构。结果表明: 碳纳米管纤维/环氧树脂复合材料的界面剪切强度约为14 MPa;在碳纳米管纤维和环氧树脂形成界面的过程中,环氧树脂可以浸渍纤维,形成具有一定厚度的复合相,这种浸渍过程和界面相的形成都有利于碳纳米管纤维与基体之间的连接。     

偶联剂处理镀镍碳纤维/环氧树脂界面特性

采用硅烷偶联剂KH560对镀镍碳纤维进行偶联处理。通过扫描电镜、 红外光谱、 接触角测量和单丝复合体系多次断裂法测试研究对比偶联处理前后碳纤维的表面形貌、 结构、 润湿性能以及纤维/树脂体系的界面状态和粘结性能。结果显示: 偶联处理后, 镍镀层表面平整, 羟基等表面极性基团增加, 表面涂覆的KH560膜层完整; 镀镍碳纤维/树脂界面的浸润性得到改善; 镀镍碳纤维/环氧树脂的界面处没有气泡产生, 断点两侧的脱粘现象减轻; 单丝饱和断点数由46增加到65; 镀镍碳纤维/环氧树脂的界面剪切强度由(34.87±2.23)MPa提高到(72.51±3.77)MPa。     

连续碳纤维增强阴离子聚酰胺6热塑性复合材料的制备与性能

采用树脂传递模塑工艺(RTM)制备了阴离子聚酰胺6树脂和连续碳纤维(CF)增强阴离子聚酰胺6(APA6)热塑性复合材料,研究了催化剂配比对APA6树脂转化率、结晶度和力学性能的影响。进一步探讨了纤维体积分数对连续CF/APA6复合材料力学性能的影响,并采用扫描电镜(SEM)观察了复合材料的拉伸断裂形貌。结果表明,APA6树脂转化率和结晶度随着催化剂比例增大而降低;当纤维体积分数为40%时,连续CF/APA6复合材料的拉伸强度和弹性模量最高分别达到493 MPa和60 GPa;SEM分析表明,继续增加纤维体积分数(>40%),APA6树脂基体在碳纤维中的浸润性变差,弱化的界面使增强体作用难以发挥。     

面向3D打印的连续碳纤维上浆工艺及其对复合材料性能的影响

对连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTPCs)进行3D打印能够实现无模具快速制造,扩展增材制造的实际应用。为进一步提高3D打印连续碳纤维增强复合材料制件的性能,采用热塑性上浆剂对干碳纤维进行上浆处理,以尼龙6(PA6)为基体打印连续碳纤维增强复合材料,对比了上浆前后碳纤维表面性质及复合材料力学和界面性能。结果表明,上浆后碳纤维表面极性官能团增加,纤维与树脂浸润性改善;纤维表面粗糙度增加,纤维与树脂的机械结合力增强;上浆后碳纤维增强PA6复合材料较原始碳纤维增强PA6复合材料层间剪切强度提高42. 2%,层间结合增强,弯曲强度提高了82%,弯曲模量提高2. 46倍; 3D打印的上浆后碳纤维增强PA6复合材料试样断面上有明显纤维拔出现象,界面性能显著改善。     

上浆剂对碳纤维复合材料界面结合影响的研究进展

简要介绍了各种热固性和热塑性上浆剂,重点是综述上浆剂对碳纤维复合材料界面性能的影响及其相关机理。上浆剂对碳纤维复合材料界面的影响依赖于在纤维表面的附着量,上浆剂对碳纤维/树脂界面的增强机理主要为,通过碳纤维表面附着的上浆层,提高与基体树脂间的相容性。     

磺化聚醚醚酮上浆剂的制备及其对碳纤维性能的影响

目的 制备一种热塑性上浆剂,以期改善碳纤维的表面性能以及单丝拉伸性能。方法 通过直接磺化法制备磺化聚醚醚酮水性上浆剂,并通过喷涂法对未上浆的T300碳纤维进行上浆处理,研究制得上浆剂的结构特征、性能以及其对碳纤维性能的影响。结果 制得磺化聚醚醚酮的磺化度约为74%,以此为主浆料配制的水性上浆剂具有良好的成膜性和储存稳定性。经上浆处理后,碳纤维表面形成了连续的磺化聚醚醚酮上浆层,表面官能团含量明显增加,树脂微滴在纤维表面的接触角降低。此外,上浆层可以弥补纤维表面的部分缺陷,使得上浆后碳纤维的单丝拉伸强度提高了5%。结论 磺化聚醚醚酮上浆剂可以有效改善碳纤维的表面性能及单丝拉伸性能。     

电热作用对碳纤维树脂基复合材料力学性能的影响

采用复合材料电热实验平台,测试碳纤维树脂基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP）电热作用下温度场变化规律,同时从单丝拉伸断裂界面剪切强度、短梁剪切性能变化和剪切断口等多方面揭示电热作用对CFRP力学性能的影响机制。结果表明:电热作用会使CFRP整体温度迅速升高,在约4 min时达到稳态温度,随着电流强度的增大,CFRP层板表面温度越高,当电流强度为8 A（0.44 A/mm2）时,CFRP的表面温度达到151℃;单丝拉伸和短梁剪切界面强度都随着电流强度增加呈现先增加后降低的趋势;小电流时,电热作用产生较少的焦耳热,优化界面性能,提高界面剪切强度,大电流时,电热作用产生的焦耳热过大,对界面产生烧蚀等不可逆损伤,降低了界面结合性能。      

60Coγ-辐射接枝对粘胶基碳纤维的表面改性

为了提高粘胶基碳纤维与树脂的界面粘接性能,采用60Coγ-射线辐射接枝方法对粘胶基碳纤维进行表面改性,研究了接枝溶液种类和吸收剂量对接枝率和复合材料界面性能的影响,吸收剂量对碳纤维抗拉强度的影响,利用扫描电子显微镜分析了辐射接枝后碳纤维表面和复合材料剪切断口断裂形貌的变化.结果表明,环氧/丙酮溶液体系是碳纤维辐射接枝改性的理想溶液,在此溶液中辐射,当吸收剂量大于0.1 kGy时,纤维表面的接枝率为4.2%,复合材料的ILSS提高了20%以上;在合适的吸收剂量下辐射可提高碳纤维的抗拉强度;接枝后纤维表面粗糙度明显增大,与树脂的机械锲合作用增强.     

环氧改性水性聚氨酯上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面性能的影响

使用自行合成的环氧改性水性聚氨酯(EWPU)上浆剂对碳纤维进行表面处理,主要研究了EWPU上浆剂对碳纤维表面及碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和静态接触角等表征方法对比研究了二次上浆处理前碳纤维(CF)和处理后碳纤维(MCF)的表面形貌、表面化学元素组成和浸润性的变化,并通过单纤维破碎实验和短梁剪切法,研究了EWPU上浆剂对碳纤维/氰酸酯树脂复合材料界面力学性能的影响。结果表明,经EWPU上浆处理后碳纤维表面O/C值增加了39.13%,表面活性官能团的含量增加了14.97%,碳纤维与树脂的初始和稳态接触角分别减小了19.41%和20.59%,碳纤维/氰酸酯树脂复合材料的单丝界面剪切强度和层间剪切强度分别增加了13.42%和14.29%。