碳纤维增强尼龙1010的力学性能及其对摩擦磨损的影响

用碳纤维填充尼龙1010制备了碳纤维增强尼龙复合材料,并对碳纤维增强尼龙复合材料的力学性能和摩擦学性能进行了实验研究。力学实验结果表明:碳纤维增强使尼龙复合材料的拉伸强度、表面硬度增大,碳纤维增强尼龙材料的拉伸强度在20%碳纤维含量时达到最大值;碳纤维表面处理对尼龙复合材料的拉伸强度有很大影响,碳纤维表面氧化处理提高了碳纤维增强尼龙复合材料的拉伸强度。摩擦磨损实验表明:碳纤维增强尼龙复合材料的摩擦系数和磨损率与其拉伸强度和硬度有密切关系。随着拉伸强度和硬度的提高,尼龙复合材料摩擦系数和磨损率降低;摩擦系数和磨损率与拉伸强度具有反比关系,与材料硬度具有二次方程关系,与碳纤维填充量之间存在负指数变化规律。      

碳纤维表面处理对C/PLA复合材料界面粘结强度的影响(Ⅱ)

对硝酸表面处理前后碳纤维增强聚乳酸（Ｃ／ＰＬＡ）复合材料的界面状态进行了研究。重点研究了碳纤维的硝酸表面处理对Ｃ／ＰＬＡ复合材料界面粘结强度的影响以及粘结机理。研究表明,硝酸表面处理可使复合材料的界面粘结强度大幅度增加,复合材料的冲击强度、弯曲强度、弯曲模量和剪切强度亦有不同程度的提高。ＸＰＳ研究发现,央纤维与ＰＬＡ基体间有化学反应发生。界面化学反应程度的增加是复合材料界面粘结强度提高的主要原因;此外,碳纤维表面粗糙度的增加也对界面粘结强度的提高有一定的贡献。     

硅烷偶联剂对电子束固化碳纤维复合材料的增效研究

根据碳纤维表面的特点及其复合材料中树脂基体进行电子束固化的机理,对碳纤维表面进行预氧化以提高碳纤维表面含氧官能团的含量,利用偶联剂的化学架桥作用对电子束固化复合材料界面进行了增效研究。采用X射线光电子能谱（XPS）对处理后碳纤维表面化学成分进行了分析,并采用层间剪切强度对电子束固化复合材料界面粘合性能进行了评价。结果表明,碳纤维表面的含氮官能团使电子束固化复合材料中碳纤维与环氧树脂基体之间的粘合强度减弱,偶联剂与预氧化碳纤维表面进行了强相互作用,使电子束固化复合材料层间剪切强度得到提高。     

电化学处理对碳纤维表面加载碳纳米管的影响机理

利用电化学阳极氧化法改性碳纤维表面,开发了在连续碳纤维表面简单、高效、均匀地加载催化剂涂层的工艺。通过系统研究电化学改性强度对碳纤维表面物理与化学特性、催化剂颗粒与CNTs形貌、多尺度增强体拉伸强度及其增强复合材料层间剪切强度的影响,优化了碳纤维表面电化学改性工艺。结果表明:催化剂颗粒的形貌与分布不仅影响碳纤维表面沉积的CNTs的形貌,而且影响最终碳纤维表面生长CNTs多尺度增强体及其复合材料的力学性能。     

催化剂加载对连续碳纤维表面生长碳纳米管的影响

通过化学气相沉积(CVD)在碳纤维表面还原得到均匀细小的催化剂颗粒并在碳纤维表面催化生长了均匀、规整的碳纳米管(CNTs)。系统研究了催化剂种类以及浓度对碳纳米管产量和微观组织结构的影响,探究了碳纤维的浸润性能和单丝强度的变化。结果表明,Ni的催化活性最高,Co的催化活性适中,产生的CNTs较为均匀、规整,当催化剂浓度为0.02mol/L时,碳纤维表面生长CNTs多尺度增强体的拉伸强度最大。碳纤维表面生长CNTs,促使碳纤维的表面粗糙度增加,与树脂之间的结合变强,从而提高了碳纤维与环氧树脂之间的浸润性。     

硅溶胶改性碳纤维对碳纤维/环氧树脂复合材料界面性能影响

以硅烷偶联剂和正硅酸乙酯(TEOS)为前躯体, 以固体酸-对甲苯磺酸为催化剂制备硅溶胶, 利用硅溶胶对碳纤维进行表面改性后, 以环氧树脂为基体, 制备碳纤维增强环氧树脂复合材料。利用SEM、 TEM、 万能试验机、 偏光显微镜等对表面改性前后的碳纤维形态、 力学性能及碳纤维/环氧树脂复合材料的界面性能进行表征, 研究了硅溶胶改性碳纤维对其复合材料界面性能影响。结果表明, 硅溶胶处理碳纤维后, 在碳纤维表面原位生成具有膜-粒结构的表面层, 改性后碳纤维的强度由2.41 GPa提高到3.00 GPa, 界面性能也得到了明显改善, 界面剪切强度(IFSS)提高了51.41%。     

碳纤维表面处理对铝电解用硼化钛阴极涂层性能的影响

硼化钛阴极涂层是铝电解用可润湿性阴极材料中的一种，具有优良的抗钠渗透性和对铝液润湿性，可以有效地延长铝电解槽寿命。碳纤维是硼化钛涂层材料的增强剂之一．对硼化钛阴极涂层的性能影响很大。本文研究了不同工艺的液相碳纤维表面氧化处理法对硼化钛阴极涂层抗拉强度和粘接强度的影响。采用PTIR检测碳纤维处理后表面含氧基团的变化，寻找影响硼化钛阴极涂层性能的原因，从而达到最有效地提高TiB2阴极涂层抗拉强度和粘接强度的目的。结果表明，采用工艺(1)(10％HNO3，80℃、恒温5min．超声波、5min)对碳纤维进行表面处理最合理，处理后碳纤维表面含氧基团的含量最高．用其制备硼化钛阴极涂层的抗拉强度、粘接强度最大。     

60Coγ射线辐照对碳纤维表面及其复合材料层间剪切强度的影响

对60Coγ射线辐照处理的PAN 基碳纤维的力学性能、表面形貌及表面结构的变化和其与环氧树脂复合后层间剪切强度进行了初步的研究。60Coγ射线在1×102～ 1×103Gy 辐照剂量时, 使PAN 基中强碳纤维本身的力学性能显著提高; 使碳纤维表面的含氧官能团浓度和石墨化程度得以提高; 由此制备的碳纤维环氧复合材料的层间剪切强度SIL SS提高了31% 左右。而在辐照剂量≥1×104Gy 时, 由于辐照损伤及热效应, 使碳纤维的力学性能下降, 增加了表面的炭化及其撕裂程度,从而减小了碳纤维环氧复合材料的层间剪切强度SIL SS。     

加载金属催化剂在碳纤维表面生长多尺度碳纳米管增强体EI北大核心CSCD

用化学气相沉积法在高强度碳纤维表面生长碳纳米管(CNTs)多尺度增强体,研究了加载金属催化剂成分对CNTs生长前后碳纤维强度的影响。结果表明:在500℃金属催化剂成分对还原后催化剂颗粒的形貌和碳纤维的强度影响不大,但是对CNTs的生长速度和碳纤维表面生长CNTs多尺度增强体的强度有显著的影响。高催化效率不仅有利于碳纤维表面CNTs的高效合成,还促进碳纤维表面损伤的修复。Fe-Cu和Ni-Cu催化体系具有较高的催化效率,碳纤维表面催化生长CNTs后其拉伸强度分别提高了12.26%和12.80%。     

氧化法提高碳纤维增强复合材料强度的研究

采用扫描电子显微镜和Ｘ射线光电子能谱仪对经高温氧化处理的碳纤维表面的形貌和活性基团进行研究,并用处理过的纤维制成纤维增强复合材料试样,进行了强度试验及断口分析,同时讨论了氧化法提高纤维和树脂间界面结合强度的机制。     

国产聚丙烯腈基高强高模碳纤维电化学氧化表面处理工艺

以国产聚丙烯腈（PAN）基M55J级碳纤维（CF）为研究对象,首先在不同电解液体系中进行循环伏安多重扫描,比较其氧化能力的差异,进行电解液的筛选。然后用最佳电解液对CF进行恒流连续氧化处理,通过Raman光谱、XPS和SEM的表征,研究了电化学氧化对高强高模CF表面结构及化学组成的影响,并通过测试CF束丝拉伸性能及其与树脂结合后的层间剪切强度对CF的力学性能进行了表征。研究结果表明,NH₄HSO₄电解质溶液对CF进行表面处理时,其刻蚀能力最强,可以有效改善其表面活性,增大其表面粗糙度和含氧官能团数量。采用0.6 mol/L的NH₄HSO₄电解液体系,在1 mAcm^-2电流密度下对CF进行阳极氧化,CF与树脂间的层间剪切强度比未处理提高了164%,同时CF的拉伸强度略有提高,模量无明显变化。     

碳纤维形貌结构对其电化学氧化行为及其复合材料界面性能的影响

通过调控原丝工艺,制备得到形貌结构不同、力学性能相近的PAN基碳纤维(CF),用以模拟碳纤维表面光滑与沟槽结构对其电化学氧化行为的影响。研究表明:原始形貌光滑碳纤维在电化学过程中保持形貌能力较强,相同的电化学氧化强度下,其表面氧碳比高于原始表面粗糙的碳纤维,表明其氧化程度高。X射线光电子能谱(XPS)分峰结果表明,二者表面氧含量差别来自于表面羰基含量的差异。力学性能测试结果表明具有沟槽形貌的碳纤维拉伸强度及拉伸模量提高的幅度较大,其中拉伸强度提高最大值为17.3%。将氧化前后的碳纤维制备成碳纤维增强树脂基复合材料,探讨碳纤维形貌结构对其复合材料界面性能的影响。结果表明:由具有沟槽形貌的碳纤维制备得到的复合材料层间剪切强度(ILSS)较高,表明碳纤维表面物理形貌也是影响复合材料界面的重要因素。     

阳极氧化工艺对纤维-铝合金层板力学性能的影响

通过改变铝合金表面阳极氧化工艺参数, 研究了阳极氧化电压和时间对玻璃纤维-铝合金(GLARE)层板抗拉强度和层间剪切强度的影响。通过SEM观察了铝合金表面Al₂O₃多孔膜和层板断面形貌, 分析了铝合金/树脂胶接界面对层板力学性能的影响。结果表明, 阳极氧化电压为20 V时, GLARE层板抗拉强度和层间剪切强度随着阳极氧化时间延长而增大, 在20 min时出现最大值, 继续延长阳极氧化时间, 层板强度随之下降; 阳极氧化时间为20 min时, GLARE层板抗拉强度和层间剪切强度随着阳极氧化电压增大而增大, 在20 V时出现最大值, 继续增大电压, 强度随之下降。     

PAN基碳纤维微晶结构对拉伸强度的影响

碳纤维由微晶和非晶碳所构成。利用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)研究聚丙烯腈(PAN)基碳纤维微晶结构对拉伸强度的影响机理。结晶度、石墨化程度、微晶无序化程度、微晶尺寸都对拉伸强度有显著影响。结晶度、石墨化程度越大,微晶无序化程度越小拉伸强度越大。微晶尺寸越大拉伸强度越小。比较T300和T700,结晶度、石墨化程度的增加,微晶无序化程度的减小所导致的拉伸强度增量大于微晶尺寸增加所导致的拉伸强度减小量,从而使得T700的拉伸强度大于T300的拉伸强度,同理可知T800的拉伸强度大于T700的拉伸强度。比较M35J和M40J,结晶度、石墨化程度的增加,微晶无序化程度的减小所导致的拉伸强度增量小于微晶尺寸增加所导致的拉伸强度减小量,从而使得M40J的拉伸强度小于M35J的拉伸强度,同理可知M46J的拉伸强度小于M40J的拉伸强度。M35J,M40J和M46J内的较大的微晶对拉伸强度的影响起决定性作用。     

炭纤维表面处理的新方法—气液双效法

气液双效法的程序是先将炭纤维进行液相涂层，再经过气相氧化的表面处理方法，它能同时提高炭纤维本身的抗拉强度和炭纤维增强复合材料的层间剪切强度。     

γ射线辐照对高模量碳纤维及碳纤维/氰酸酯复合材料性能的影响

通过模拟空间γ射线辐照环境,采用⁶⁰Co-γ射线对高模量碳纤维及其增强的改性氰酸酯复合材料进行辐照,采用SEM和XRD对辐照前后的碳纤维及碳纤维/氰酸酯复合材料进行了分析和表征,研究了复合材料的质量损失率、拉伸性能及层间剪切强度随γ射线辐照剂量的变化规律。结果表明,γ射线辐照能增加碳纤维表面粗糙度;质量损失率随γ射线辐照剂量增大先增加后趋于平缓,但均小于1%;碳纤维/氰酸酯复合材料拉伸性能与层间剪切强度均随γ射线辐照剂量增大先提高后降低,在吸收剂量为5×10⁵ rad时出现最大值,拉伸强度为1 803 MPa,拉伸模量为243 GPa,层间剪切强度为72 MPa。     

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．     

连续碳纤维/尼龙6热塑性复合材料的吸湿及力学性能

利用热压工艺制备了三种不同等温结晶时间的连续碳纤维（CF）增强尼龙6（PA6）单向复合材料,并分别研究了吸湿前后连续CF/PA6复合材料单向板的0°拉伸、90°拉伸、弯曲和层间剪切性能变化。结果发现,CF/PA6复合材料的0°拉伸、90°拉伸、弯曲和层间剪切强度（模量）分别下降了10%~37%（0~0.6%）、35%~46%（62%~64%）、53%~61%（16%~28%）和5%~31%。结合SEM断面观察和抛光金相显微学给出了吸湿对CF/PA6复合材料性能的影响机制。      

高温环境下碳纤维增强树脂复合材料的层间力学性能老化行为与失效预测

为了研究碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料层间力学性能在高温环境中的老化失效行为,设计了CFRP复合材料层间拉伸和层间剪切实验,在高温(80℃)环境中进行0(未老化)、 120 h、 240 h、 360 h、 480 h、 600 h和720 h的老化测试,分析CFRP层间失效强度和失效形式随老化时间的变化规律,得到随高温老化的二次应力准则响应面。建立CFRP复合材料层间力学性能预测模型,得到不同老化衰减系数下的退化模型,并通过CFRP复合材料层间仿真模型进行了验证。结果表明:随着高温老化时间的增加,层间拉伸和层间剪切强度总体上都发生了一定程度的退化,层间拉伸时更容易发生碳纤维丝剥离,层间剪切发生局部的树脂剥离,纤维之间的分层更加明显,高温老化使树脂与纤维丝的界面结合力显著下降。通过CFRP复合材料层间力学性能随高温老化的二次应力准则,计算不同老化时间后的内聚力模型参数,预测CFRP复合材料在高温老化条件下的层间强度,发现仿真与实验误差小于10%,说明了CFRP复合材料层间失效预测模型的准确性。