电子束辐射接枝对PAN基碳纤维的表面改性

采用电子束加速器辐射接枝方法对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维进行表面改性,研究了接枝单体种类对接枝率及其环氧树脂基复合材料力学性能的影响,分析了辐射接枝前后PAN基碳纤维的表面形貌与化学结构以及其复合材料界面断口的形貌变化。结果表明:电子束辐射接枝改性的PAN基碳纤维表面粗糙度增加,表面活性官能团增多,与树脂的机械锲合作用增强,其树脂基复合材料断口表而较为平整;乙二胺/水溶液体系是辐射接枝改性的理想溶液,在200 kGy的电子束辐射下,PAN基碳纤维表面的接枝率为6.66%,复合材料的层间剪切强度提高了45.1%。     

聚酰胺/碳纤维复合材料中纤维表面改性研究进展

概述了聚酰胺/碳纤维复合材料中纤维表面改性技术研究进展,重点介绍了氧化处理法、上浆剂法和多尺度改性.氧化处理法有气相法、液相法、电化学法和等离子体法等;多尺度改性是在碳纤维表面引入纳米颗粒.梳理了主要改性技术的特点和问题,展望了聚酰胺/碳纤维复合材料中纤维表面改性技术未来发展趋势.     

石墨烯改性对环氧树脂/碳纤维复丝拉伸性能的影响

采用直接分散法和上浆剂法分别制备了环氧树脂/碳纤维复丝,通过红外光谱、分光光度法等分析方法对处理的石墨烯的表面官能团及表面形貌进行表征,借助扫描电子显微镜对碳纤维表面进行微观形貌观察,研究了石墨烯改性对环氧树脂/碳纤维复丝界面性能的影响。结果表明:石墨烯表面成功地接枝了硅烷偶联剂KH-560;接枝硅烷偶联剂KH-560的石墨烯的环氧树脂/碳纤维复丝的拉伸性能优于未经改性的石墨烯的复丝;上浆法制得的环氧树脂/碳纤维复丝的拉伸性能优于分散法制得的复丝的拉伸性能;上浆剂法制备的石墨烯改性的环氧树脂/碳纤维复丝的断裂强力比未经过改性的未上浆的复丝的提高了48.6%,拉伸强度提高了30.4%,断裂伸长率提高了90.9%。     

碳纤维的表面改性对导热顺丁橡胶性能的影响

研究了碳纤维的表面改性方法对碳纤维/顺丁橡胶(BR)复合材料的硫化特性、门尼粘度、导热性能和力学性能的影响.实验结果表明,碳纤维/顺丁橡胶复合材料与顺丁橡胶空白样相比,其硫化速度、导热系数与力学性能都有明显的提高.而碳纤维的表面改性对碳纤维/顺丁橡胶复合材料的硫化特性数据、门尼粘度和导热系数影响并不明显,加入碳纤维后的未改性的碳纤维/顺丁橡胶复合材料的导热性能最佳,其导热系数为0.527 W/(m·K),为顺丁橡胶空白样的1.7倍;经过高温氧化后碳纤维填充复合材料力学性能有所提高,其拉伸强度为2.39 MPa.     

环氧树脂/改性SiC复合材料的制备及性能

采用硅烷偶联剂KH-560和丙烯酰胺对SiC进行表面改性,将其添加到环氧树脂中制备环氧树脂/改性SiC复合材料.采用傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪以及接触角测试仪探究改性SiC的性能,并对复合材料的性能进行测试.结果表明:SiC表面带有憎水基团,与环氧树脂相容性提高;SiC用量为环氧树脂质量的20％时,拉伸强度和弯...     

纳米SiO2改性环氧树脂碳纤维体育材料及性能试验

针对传统体育器材环氧树脂碳纤维复合材料脆性大、耐冲击性能差的问题,提出用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VATRM)制备用于体育器材的纳米二氧化硅改性环氧树脂碳纤维复合材料,借助电子万能试验机和落锤式冲击实验机研究了该复合材料的横向拉伸性能和抗冲击性能。结果表明:当纳米二氧化硅质量分数为1%时,纳米二氧化硅/环氧树脂复合材料的横向拉伸性能最佳,断裂伸长率为0.5%;横向拉伸强度为41.7 MPa,拉伸模量为79.9 GPa,比纯环氧树脂碳纤维复合材料的横向拉伸强度、拉伸模量分别提高124.2%和12.5%。经纳米二氧化硅改性的环氧树脂碳纤维复合材料最大冲击力为2 216 N,比纯环氧树脂碳纤维复合材料最大冲击力提高了37.2%左右。     

连续碳纤维增强环氧树脂基复合材料增韧改性的研究进展

从环氧树脂增韧、复合材料界面改性和层间增韧三个方面综述了连续碳纤维增强环氧树脂基复合材料的增韧机理及增韧效果,总结了国内外连续碳纤维增强环氧树脂基复合材料增韧技术的发展趋势。     

表面改性硅灰石增韧环氧树脂的研究

采用硬脂酸和两种硅烷偶联剂分别对硅灰石进行了表面改性,研究了不同改性剂的改性效果及不同用量的改性硅灰石对环氧树脂复合材料力学性能的影响;并对硅灰石增韧环氧树脂复合材料冲击断面形貌进行了分析。结果表明:硬脂酸改性硅灰石的改性效果最好,其改性表面接触角最大可达140°,与环氧树脂的相容性得到改善,复合材料的韧性明显提高。当硬脂酸改性硅灰石用量为环氧树脂质量的10%时,拉伸强度提高47.79%,冲击强度提高47.95%。     

环氧树脂基化学材料改性工艺与介电性能研究

针对以环氧树脂为基体的陶瓷/金属/聚合物复合材料介电性能不高的现状,采用对填充的BaTiO3(BT)陶瓷进行酒石酸化学表面改性,以提高BT与环氧树脂基体的界面连接。探讨了表面改性技术对化学复合材料的介电性能作用机理,进一步研究了导电填料Ni对BT陶瓷/环氧树脂化学复合材料介电性能的影响。结果表明:BT的表面改性有利于BT和金属Ni颗粒在环氧树脂基体中的分散,提高了化学材料的介电性能,与未改性BT/Ni/环氧树脂复合材料相比,经酒石酸改性后的三相化学材料的介电常数高达55.13,较改性前提高了31.54%。     

不同改性方法对竹纤维增强环氧树脂复合材料性能的影响

采用碱/硅烷偶联剂(KH550)和碱/KH550/二苯甲基二异氰酸酯(MDI)对竹纤维进行表面改性,并制备了环氧树脂/竹纤维复合材料,研究了两种表面改性方法对复合材料的力学性能及热稳定性的影响.结果表明,竹纤维经改性后,复合材料的拉伸强度显著提升,两种改性方法制备的复合材料在拉伸强度上无较大区别,但与碱/KH550改性...     

激光改性玄武岩纤维性能研究

采用高能激光束对玄武岩纤维进行表面改性,并制备玄武岩纤维/环氧树脂复合材料。利用扫描电镜、原子力显微镜、X射线衍射等手段,表征改性前后玄武岩纤维的微观形态、物相结构,系统研究了激光对纤维的微观组织变化、性能等影响规律,并测试了玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的力学性能。研究结果表明,随着激光功率的增加,玄武岩纤维表面缺陷深度和缺陷面积增加。当激光功率由0 W提高至120 W时,表面缺陷最大深度由9 nm增加至180 nm,表面缺陷的分布范围由3.5~6.5 nm增加至90~120 nm,表面粗糙度由1.41 nm增加至24.70 nm。激光改性后,玄武岩纤维单丝拉伸性能降低,由于激光对纤维的辐射作用,玄武岩纤维的表面缺陷深度与拉伸强度的关系不符合经典理论。激光改性前后,玄武岩纤维XRD谱峰位基本一致,表面所含元素的种类没有发生变化。激光改性使玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的力学性能有所改善,随着激光功率的增加,复合材料的拉伸强度和冲击强度呈先升高后降低的趋势。     

碳纤维表面处理技术的研究进展

介绍了碳纤维的特点以及碳纤维表面质量对纤维与树脂基体的粘结性和碳纤维增强复合材料的使用性能的影响。综述了目前碳纤维表面处理技术中常用方法的原理及进展,详细论述了复合处理技术。在分析比较各种处理技术的同时,认为复合处理技术将会成为今后碳纤维表面处理技术的主要研究方向。     

Preparation of multiscale graphene oxide‐carbon fabric and its effect on mechanical properties of hierarchical epoxy resin composite

Graphene oxide (GO) was used to modify the surface of carbon fiber layers through electrophoretic deposition, forming a multiscale reinforcement fabric. By adjusting the experimental parameters, the resulting GO‐carbon fabric showed productive and homogenous distribution of thin and less‐agglomerate GO platelets on carbon fiber surface, remarkably enlarging the surface area and roughness of carbon fabric. To investigate the effect of GO sheets on composites, GO‐carbon fabric and carbon fabric‐reinforced hierarchical epoxy resin composites were respectively manufactured. Mechanical tests demonstrated that after introducing GO flakes on carbon fabric, both the flexural strength and interlaminar shear strength of composite had achieved an increase, especially the interlaminar shear strength rising by 34%. Through fractography analysis, it was found that in pure carbon fabric‐reinforced epoxy composite, the fiber/matrix debonding fracture mechanism predominated, while after the GO decoration on carbon fiber surface, the composite featured a stronger interfacial bonding, leading to the enhancement in mechanical properties of hierarchical epoxy resin composite. POLYM. COMPOS., 37:1515–1522, 2016. © 2014 Society of Plastics Engineers     

Study on the mechanical properties and microstructure of high-performance carbon fiber/epoxy composites

A high-toughness epoxy has been prepared using carboxyl-terminated butadiene acrylonitrile (CTBN) as a toughening agent to modify the AG-80 epoxy resin. High-performance carbon fiber/epoxy (CF/EP) composites are fabricated using the CTBN-toughened epoxy resin as the matrix and two types of CF, namely, T800SC and T800HB, as reinforcement. The mechanical properties of the matrix, surface properties of the CFs, tensile properties, and fracture morphologies of the composites are systematically investigated to elucidate the key factors influencing interfacial bonding in high-performance CF/EP composites. The results reveal that the most significant improvement in toughness is achieved when the CTBN content is 6.90 wt.% in the epoxy resin. Owing to the high content of polar functional groups and excellent surface wettability of T800SC, the T800SC/EP composite exhibits superior mechanical properties compared with the T800HB/EP composite.     

Interfacial improvement of carbon fiber/epoxy composites using a simple process for depositing commercially functionalized carbon nanotubes on the fibers

An aqueous suspension deposition method was used to coat the sized carbon fibers T700SC and T300B with commercially carboxylic acid-functionalized and hydroxyl-functionalized carbon nanotubes (CNTs). The CNTs on the fiber surfaces were expected to improve the interfacial strength between the fibers and the epoxy. The factors affecting the deposition, especially the fiber sizing, were studied. According to single fiber-composite fragmentation tests, the deposition process results in improved fiber/matrix interfacial adhesion. Using carboxylic acid-functionalized CNTs, the interfacial shear strength was increased 43% for the T700SC composite and 12% for the T300B composite. The relationship between surface functional groups of the CNTs and the interfacial improvement was discussed. The interfacial reinforcing mechanism was explored by analyzing the surface morphology of the carbon fibers, the wettability between the carbon fibers and the epoxy resin, the chemical bonding between the fiber sizing and the CNTs, and fractographic observation of cross-sections of the composites. Results indicate that interfacial friction, chemical bonding and resin toughening are responsible for the interfacial improvement of nanostructured carbon fiber/epoxy composites. The mechanical properties of the CNT-deposited composite laminate were further measured to confirm the effectiveness of this strategy.     

硅灰石/环氧树脂增强体系性能研究

通过对针状硅灰石粉进行干法表面化学改性,制成不同粒径的增强填料。并填充于环氧树脂中进行十字交叉法试验,探讨了硅灰石／环氧树脂体系的增强机理。力学性能测试结果表明：环氧树脂经硅灰石填充后．可显著提高机械强度和硬度;改性硅灰石与未改性硅灰石相比,改性后填充量增大,增强效果明显。同一粒径的硅灰石,随填充量的增加,环氧树脂的机械强度增大。硅灰石粒径越小。比表面积越大。与环氧树脂的结合力越强,强度越大。     

基于NOL环的高性能纤维与环氧树脂的匹配性研究

纤维与树脂的界面对复合材料的整体力学性能有着显著的影响。基于NOL环的宏观力学测试一般被用来反映复合材料的界面粘结性能,因此适用于评价纤维与树脂之间的宏观力学性能匹配性。为了探究高性能碳纤维T700SC、T800HB及高强玻璃纤维与环氧树脂的宏观力学性能匹配性,本研究首先根据GB/T 1458—2008国家标准制备NOL环试样,再借助NOL环的拉伸和层间剪切强度测试分析了高性能纤维与环氧树脂不同匹配组合宏观力学性能差异的原因,并寻找出最佳匹配组合。结果表明:玻璃纤维与环氧树脂的界面存在最佳的粘结强度,而且不同粘结强度导致拉伸强度和破坏机理不同,而碳纤维复合材料界面性能较差,容易分层破坏;T800HB与环氧树脂的宏观力学匹配性优于T700SC,环氧树脂力学性能、碳纤维的表面微观结构与性质以及环氧树脂与碳纤维之间的相互作用关系是影响界面粘结性能的根本原因。该研究在高性能纤维单向复合材料的材料选择与设计方面具有现实意义。     

Kevlar纤维的表面改性研究

采用甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)和环氧树脂(EP)混合制得的表面改性剂对Kevlar纤维进行表面接枝处理,利用扫描电子显微镜观察Kevlar纤维改性前后的表面形貌及改性Kevlar纤维与弹性体间剥离界面的破坏形貌,用衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪分析Kevlar纤维改性前后表面化学基团的变化,研究了改性效果和机理。结果表明,TDI和EP发生了化学反应,改性剂可在Kevlar纤维表面引入活性基团,从而显著改善了Kevlar纤维与聚合物基体之间的界面粘合状态。