表面处理对碳纤维/聚苯硫醚复合材料性能的影响

以碳纤维(CF)平纹织物、聚苯硫醚(PPS)纤维为原材料,通过混杂铺丝及热压的方法制备出CF/PPS热塑性复合材料。研究了不同表面处理方法对CF表面官能团、碳(C)与氧(O)元素含量比、单丝拔出强度及复合材料两相浸润性、界面性能、力学性能等的影响。结果表明:丙酮处理可以有效去除CF的上浆剂,利于PPS熔体在CF之间的均匀分散与浸渍,在一定程度上提升了CF/PPS复合材料的力学性能;硝酸溶液处理可以增加CF平纹织物表面的O/C摩尔比,且CF表面轴向产生缺陷和沟壑;CF与PPS之间的界面剪切强度随硝酸处理时间的增加而明显增加,但CF/PPS复合材料的力学性能呈现先增加后降低的趋势;通过表面处理改善CF与PPS之间的浸润性以及界面相互作用力,可以提升CF/PPS复合材料的力学性能。     

聚酰亚胺/滑石粉/碳纤维复合薄膜的界面性能研究

根据碳纤维表面性质和稀土元素独特的物理化学特性,采用稀土溶液(RES)表面改性方法对碳纤维进行表面改性处理,以改善聚酰亚胺/滑石粉/碳纤维(PI/talc/CF)复合材料的界面结合性能,从而有效地提高PI/talc/CF复合材料的力学性能。采用RES改性方法对碳纤维进行表面改性处理,制备出具有不同界面的PI/talc/CF复合材料。以PMDA-ODA型聚酰亚胺为研究对象,在制备的聚酰胺酸中加入不同量的滑石粉和不同RES浓度处理过的碳纤维这两者的混合物,通过5℃/min匀速升温工艺得到聚酰亚胺/滑石粉碳纤维复合薄膜。对制备的复合薄膜进行各种性能测试和结构表征。研究发现,经过RES处理过的碳纤维和滑石粉可以诱导聚酰亚胺分子围绕其结晶,碳纤维和聚酰亚胺之间界面结合良好。RES表面处理提高碳纤维与PI基体之间的界面结合性能,其中RES浓度为0.3wt%的改性处理方法最有效,拉伸强度提高了9.5%。     

改性碳纤维含量对聚丙烯的阻燃性能影响研究

利用聚二甲氧基硅氧烷对碳纤维（CF）进行改性，在聚丙烯（PP）中填充硅烷改性碳纤维（MCF）制备PP/MCF复合材料，并对其力学性能、阻燃性能以及抑烟性能进行研究。结果表明：PP/MCF复合材料相较于PP/CF具有更优异的力学性能以及阻燃性能。PP/MCF-3的力学性能达到最佳，其拉伸强度和弯曲强度分别达到27.8 MPa和28.3 MPa，缺口冲击强度相较纯PP提高15.5%。MCF的加入有效提高复合材料的LOI值，PP/MCF-3的LOI达到31.3%，并且具有较低的热释放速率以及产烟量。PP/MCF复合材料具有优异的力学性能以及阻燃性能，可以用于建筑阻燃管材领域。     

碳纤维表面处理对液体成型碳纤维增强MC尼龙复合材料力学性能的影响

本论文采用真空辅助树脂灌注成型工艺(VARI),通过己内酰胺原位阴离子聚合的方法制备了连续碳纤维增强浇铸(MC)尼龙的复合材料,并系统研究了丙酮去浆处理、气相氧化处理、偶联剂处理和火焰处理四种不同碳纤维织物表面处理方式的碳纤维表面的O/C比和微观形貌以及复合材料的力学性能、表面形貌和碳纤维体积分数。结果表明:对碳纤维表面进行偶联剂涂层处理,此碳纤维制备的复合材料的力学性能较其他处理方式的碳纤维制备的复合材料而言力学性能最优,其拉伸强度达到595.5 MPa,弯曲强度达到330.7 MPa,层间剪切强度达到30.6 MPa;此条件下碳纤维表面的O/C比达到44.51%,复合材料的碳纤维体积分数达到51.4%。     

POSS/GO复合接枝碳纤维/环氧树脂复合材料性能研究

在碳纤维表面逐层接枝多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）和氧化石墨烯（GO）后,将其用于增强环氧树脂（CF/EP）制得复合材料,采用扫描电子显微镜、接触角测试和X射线光电子能谱等研究了POSS和GO复合接枝碳纤维对CF/EP复合材料力学性能的影响。结果表明,POSS和GO可以显著提高碳纤维的表面活性和比表面积,改善树脂与碳纤维的浸润性、反应性和机械啮合作用,从而提高复合材料的界面性能和力学强度。相比未改性碳纤维复合材料,POSS/GO复合接枝改性碳纤维复合材料的层间剪切强度（ILSS）提高了98.3%,弯曲强度提高了95.7%。     

碳纤维增强聚苯硫醚复合材料结晶结构与性能调控

使用碳纤维斜纹布与聚苯硫醚(PPS)薄膜通过热压成型制备了碳纤维增强PPS (PPS/CF)复合材料层压板,通过在保温保压过程中设置不同的等温结晶温度,对复合材料中PPS结晶结构进行调控,系统讨论了不同等温结晶温度下,PPS结晶度及晶粒尺寸对PPS/CF复合材料力学性能的影响。使用X射线衍射仪观察了复合材料中PPS的晶体结构,通过场发射扫描电子显微镜观察了复合材料的微观形貌,并利用动态机械分析测试探究了复合材料的黏弹性与PPS晶体结构之间的关系。结果表明,当等温结晶温度为230℃时,复合材料中PPS在保持较小晶粒尺寸的同时结晶度高达46.58%,此时复合材料具有良好的强度、刚性和界面粘结强度,其弯曲强度、弯曲弹性模量和层间剪切强度分别达到709 MPa,81.9 GPa和23.8 MPa。     

等离子体改性技术在碳纤维/PEK-C复合材料中的应用研究

利用低温氧等离子体处理技术对碳纤维进行表面改性,采用X射线光电子能谱、原子力显微镜等手段对碳纤维的表面性质进行表征,考察了等离子体功率和处理时间对碳纤维/PEK-C树脂基复合材料的界面黏结性能和力学性能的影响。结果表明,等离子体处理能够增加碳纤维表面的活性含氧基团含量和粗糙度,复合材料的界面黏结性能得到明显改善。在应力作用下,复合材料的破坏模式由未处理的界面脱黏破坏转变为等离子体处理后树脂基体的破坏。碳纤维在200 W的等离子体功率下处理12.5 min时,复合材料的层间剪切强度(ILSS)和弯曲强度分别达到最大值94.12MPa和1316.76 MPa。     

静电粉末流化法碳纤维/聚苯硫醚预浸料的制备及性能表征

利用静电粉末浸渍工艺探索碳纤维增强聚苯硫醚(CF/PPS)预浸料的制备方法,通过差示扫描量热法(DSC)测试和热失重分析探讨了成型温度对CF/PPS预浸料的综合热性能的影响;表征了成型后CF/PPS复合材料的力学性能,以及PPS对碳纤维的浸润情况。结果显示,升高浸渍温度,可降低树脂黏度,PPS对碳纤维呈现良好的浸润效果,在升温至320℃时,PPS链段具有较高的活性和结晶能力,在长时间处于330℃高温下,PPS链段易发生支化交联影响了复合材料性能,CF/PPS预浸料热分解温度在520℃左右,随浸渍温度的提高,复合材料力学性能呈现先增加后降低的趋势,拉伸强度和弯曲强度最高可达到877.3 MPa和737 MPa,在扫描电子显微镜(SEM)下显示PPS树脂充分浸润了纤维丝束,浸渍效果良好。     

PPS/PAI/CF复合材料摩擦磨损性能的研究

采用模压成型法制备了聚苯硫醚(PPS)/聚酰胺酰亚胺(PAI)合金及其碳纤维(CF)改性复合材料。测试分析了该复合材料的力学性能,并通过扫描电镜(SEM)对其摩擦磨损表面形貌进行了观察,探讨了复合材料的摩擦磨损性能;考察了PPS/PAI合金的最优配比及CF含量对PPS/PAI/CF复合材料性能的影响。结果表明:PAI的加入改善了PPS的力学性能,当PPS/PAI质量比为40/60时,PPS/PAI合金的力学性能最优;另外,CF的加入使PPS/PAI/CF填充复合材料的摩擦系数和磨损量大幅度下降,其中,当CF含量为30%时,PPS/PAI/CF填充复合材料的摩擦系数和磨损量较未填充PPS/PAI分别下降了66%和90%。     

芦苇/碳纤维增强PP/EVA复合材料的制备及性能研究

采用双辊开炼机将芦苇纤维(LF)、碳纤维(CF)与聚丙烯(PP)、聚醋酸乙烯酯(EVA)进行熔融共混,制备了PP/EVA/LF/CF复合材料,以及LF经碱处理、CF经硫酸/硅烷偶联剂处理后,制备了PP/EVA/改性芦苇纤维(ALF)/改性碳纤维(SSi CF)复合材料,研究了2种纤维复配质量比对复合材料力学性能的影响,探讨了复配改性纤维对复合材料接触角、热稳定性的影响。结果表明:当LF与CF复配质量比为1∶5时,PP/EVA/LF/CF复合材料的综合力学性能较好;与PP/EVA复合材料相比,ALF与SSi CF复配质量比为1∶5时,PP/EVA/ALF/SSi CF的拉伸强度提高了11.13 MPa,弯曲强度提高了16.31MPa,冲击强度降低;PP/EVA/ALF/SSi CF复合材料较PP/EVA复合材料的表面亲水接触角提高了7°,残炭率由0增加至23.1%,热稳定性明显提高。     

碳纤维表面处理对碳纤维/聚丙烯复合材料界面结合性能的影响

研究了电化学氧化、环氧上浆处理对碳纤维/聚丙烯(CF/PP)复合材料界面结合性能的影响,首先通过AFM、XPS等测试不同碳纤维的表面形貌和化学性质,然后借助微球脱粘实验考察对比不同CF/PP的界面剪切强度(IFSS)。结果显示高温碳化后的碳纤维表面呈惰性,复合材料IFSS仅有3.76 MPa;经过电化学氧化处理,表面粗糙度增大,羟基和羧基基团增多,IFSS增加到4.85 MPa;上浆处理后,表面引入活性的环氧基团,IFSS进一步增加到5.51 MPa,同时界面均匀性也有所改善。根据结果分析,碳纤维表面性质改变引起的界面区域机械锁合、范德华力以及分子链缠结作用增加是界面性能提升的主要原因。但与相容剂相比,传统碳纤维表面处理对CF/PP界面改善效果相对较弱,开发更加有效的改性方法十分必要。     

偶联剂对CF／SiO2／BMI复合材料性能的影响

在氧化处理后的碳纤维（CF）表面涂敷不同的偶联剂，石英粉用KH－550和脱模剂处理，然后在双辊混炼机上与双马来酰亚胺（BMI）树脂熔融混炼，采用模压工艺制备CF／SiO2/BMI复合材料试样，对其弯曲强度和吸水率进行了测试，并且用电子光谱化学分析（ESCA）分析了氧化前后碳纤维表面的成分和官能团，讨论了碳纤维表面处理对复合材料弯曲强度的影响，结果表明，不同偶联剂对其弯曲强度均有较大的 影响。     

乒乓球拍用碳纤维复合材料的改性与性能研究

在乒乓球拍用碳纤维/环氧树脂复合材料表面进行了不同含量纳米微晶纤维素涂覆的改性处理,研究了纳米微晶纤维素含量对复合材料表面形貌、单丝拉伸强度、剪切强度和弯曲性能的影响,并对断口形貌进行了观察。结果表明,硅烷化改性处理并不会对纳米微晶纤维素的形貌和尺寸产生显著改变;去除上浆剂后的碳纤维抗拉强度约为3.44GPa,剪切强度约为48.3MPa,碳纤维的弯曲强度和弯曲模量分别为418.3MPa和20.1GPa,随着AMEO-NCC含量增加,AMEO-NCC涂覆的碳纤维的单丝抗拉强度、剪切强度、弯曲强度和弯曲模量都呈现先增加而后减小的特征,在AMEO-NCC含量为质量分数0.3%时取得单丝抗拉强度最大值,且都高于去除上浆剂后的碳纤维。     

GF增强PPS复合材料的制备及性能

采用熔融共混工艺和熔融浸渍分别制备了短玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料（PPS/SGF）和长玻璃纤维增强聚苯硫醚（PPS/LGF）复合材料,并对复合材料的力学性能和耐热性能进行了对比分析。研究结果表明,在玻璃纤维质量分数为30%时,PPS/SGF和PPS/LGF复合材料的拉伸强度分别为110 MPa和122 MPa;弯曲强度分别为175 MPa和208 MPa;弯曲弹性模量分别为8 GPa和9 GPa;缺口冲击强度和无缺口冲击强度分别为7.7,11.9 kJ/m²和31,37 kJ/m²。PPS/LGF复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲弹性模量、缺口冲击强度和无缺口冲击强度相较于PPS/SGF复合材料分别提高了11.0%,18.9%,11.3%,54.5%和19.4%。PPS/SGF和PPS/LGF复合材料的热变形温度分别达到250℃和275℃,PPS/LGF复合材料的热变形温度高于PPS/SGF复合材料热变形温度10%。     

耐高温PPBES溶液型碳纤维上浆剂的制备及性能

碳纤维增强高性能树脂基复合材料具有质轻、耐腐蚀性、力学强度高等特点,提升树脂与纤维界面强度可以优化复合材料综合性能。利用杂萘联苯聚芳醚树脂所具有的优异溶解性,选择氯仿∶N-甲基吡咯烷酮=2∶8混合溶液作为溶剂,制备耐高温溶液型上浆剂。通过对碳纤维进行上浆操作,在碳纤维表面包覆杂萘联苯聚芳醚砜树脂基团,纤维表面活性增加,当溶液上浆剂质量浓度为1.0%～1.5%时,树脂在碳纤维表面分散性较好,通过对比使用不同上浆剂的碳纤维增强树脂基复合材料的界面性能,使用浓度为1.5%的溶液上浆剂处理后的碳纤维相较于脱浆碳纤维,玻璃化转变温度从未处理的214℃提升至223℃,损耗因子从未处理的0.38下降到0.33,所制备的复合材料弯曲强度提升了12.0%,层间剪切强度提升了11.1%,证明溶液型上浆剂的使用提升了纤维与树脂间的界面性能。综上,溶液型上浆剂的使用能够提升碳纤维的表面活性,进而提升复合材料的弯曲强度、界面剪切强度,且提升效果优于市售常见环氧上浆剂,加工方便,有着广阔的市场应用前景。     

短切碳纤维对聚苯腈/碳纤维复合材料性能的影响

利用碳纤维（CF）增强聚苯腈（PN）树脂制备一系列PN/CF复合材料,利用万能试验机和动态热机械分析仪（DMA）,研究短CF含量、长度与偶联剂种类对PN树脂力学性能的影响。结果表明,采用苯基三乙氧基硅烷作为偶联剂时力学性能和热稳定性达到最佳水平,相较于未经偶联剂改性PN/CF复合材料的储能模量提高了22.2%,热失重5%温度（Td5%）提高了33.1%;随着CF掺杂量的增加,材料力学性能呈现先增大后减小趋势,在0.3%（质量分数,下同）时获得了最优异力学性能,相较于PN树脂,其弯曲强度提高了38.4%,弯曲模量提升了97.7%;CF长度为6 mm时材料的弯曲强度和储能模量优于CF长度为3 mm时的材料。     

混杂纤维复合材料力学性能及其低速冲击性能研究

采用热压成型工艺制备单一碳纤维、碳纤维/玻璃纤维(CF/GF)和碳纤维/Kevlar纤维(CF/KF)均质和非均质混杂增强环氧树脂基复合材料,通过三点弯曲、层间剪切、低速冲击及冲后压缩性能测试,研究纤维组分、混杂结构和混杂比对复合材料力学性能及低速冲击性能的影响。结果表明,单一碳纤维复合材料力学性能最佳,其弯曲模量、弯曲强度和层间剪切强度分别达到66.16 GPa、830.35 MPa和42.73 MPa,而CF/GF混杂结构性能总体优于CF/KF混杂结构,内层混杂结构性能优于外层混杂结构;单一碳纤维复合材料低速冲击性能较差,其冲击损伤凹坑深度最高可达混杂结构的3.5倍,对应的分层阈值为2 723.53 N;CF/KF均质混杂结构的剩余压缩强度最大,而单一碳纤维复合材料则最小,对应数值分别为0.92和0.79。     

PE⁃UHMW/海泡石纤维复合材料的力学性能与摩擦学性能研究

采用硅烷偶联剂KH550对海泡石纤维（Sep）进行了改性,采用平板硫化机通过热压成型法制备了超高分子量聚乙烯（PE?UHMW）/Sep和PE?UHMW/改性海泡石纤维（O?Sep）复合材料,并通过红外光谱仪（FTIR）、电子万能试验机、扫描电子显微镜（SEM）等对Sep 及O?Sep的表面结构和复合材料的力学性能、摩擦学性能及磨痕形貌进行了表征和测试。结果表明,O?Sep表面存在KH550分子,其在复合材料中分布比Sep更为均匀;当O?Sep含量达到6 %（质量分数,下同）时,复合材料力学性能和摩擦学性能表现最佳,其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别为32.1 MPa,171.2 MPa、138.3 GPa和17.62 kJ/mm²,比纯PE?UHMW分别提高了41.4 %、40.0 %、95.6 %和36.9 %;其摩擦因数和磨损量分别为0.124和 0.1 mg,比纯PE?UHMW分别提高了77.1 %和80 %。     

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的界面改性

由于其优异的性能。碳纤维(CF)增强聚醚醚酮(PEEK)热塑性复合材料是近年来先进复合材料研发的热点。但因PEEK熔融黏度大、CF丝束密集且具有化学惰性,树脂对纤维丝束浸渍困难和界面相互作用弱阻碍了高性能热塑性复合材料广泛应用,放改进界面性能是研究的重点。本文采用聚醚酰亚胺(PEI)以及聚醚酰亚胺/氧化石墨烯(PEI/GO)对活化后的CF表面进行界面改性处理,再通过模压成型制备CF/PEEK复合材料。结果表明,1 wt%PEI改性剂有效增强了纤维-基体间的相互作用力,0.5 wt%GO的添加使得界面结合性能进一步提升,层间剪切强度(ILSS)提高了68%,弯曲强度、弯曲模量分别提高了54%、68%。复合材料破坏形式由树脂-基体脱黏转变为基体内部断裂。     

环氧基POSS处理碳纤维对聚酰亚胺复合材料性能的影响

以均苯四甲酸酐(PMDA)、间苯二胺(m-PDA)为单体制备出高黏度的聚酰胺酸(PAA),然后采用环氧基多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)并辅以2-乙基-4-甲基咪唑固化剂对碳纤维(CF)进行表面处理,再将其与已制备的PAA经载玻片涂膜高温固化制得聚酰亚胺/碳纤维(PI/CF)复合材料,通过FIIR、拉曼光谱、XRD、SEM研究了改性碳纤维对PI/CF复合材料性能的影响。研究表明:POSS的接枝改性增加了CF表面的粗糙度和无序程度,固化剂2-乙基-4-甲基咪唑的加入进一步促进了接枝过程,大量POSS接枝并固化于CF表层,使CF表层粗糙度进一步增加,进而改善了CF与PI基体的界面黏合力和相容性。拉曼光谱研究表明,改性前后CF拉曼光谱经分峰拟合得到的具体参数,涂覆改性后CF的R值有所提升,从2.57提升到2.91,以咪唑作为促进剂处理后R值提升至3.18,提升了23.7%。La值从1.71 nm降至1.38 nm。力学性能分析表明,相比接枝前的CF,接枝处理可明显提高PI/CF复合材料的力学性能,添加3%CF并以POSS涂覆处理,拉伸强度和弹性模量分别较改性前提升了11.1%和6.1%,而涂覆POSS并辅以咪唑固化促进剂改性后拉伸强度和弹性模量分别较改性前提升了24.3%和12%,但是断裂伸长率却有所下降。