CF/PMR-15复合材料界面的直观分析与材料性能的研究

本文采用透射电镜(TEM)对碳纤维/聚酰亚胺复合材料(简称CF/PMR-15)界面形态、界面结构进行了TEM分析,结果表明:CF/PMR-15的界面形态、界面结构与CF的表面性质有关,且对CF/PMR-15的宏观性能有一定的影响。     

纤维/聚合物基体界面性能的原位表征

建立了复合材料界面强度原位测试系统,研制出界面剪切强度有限元分析软件并探讨了影响界面剪应力分析的因素,提出了改进的微观力学模型;利用该系统,研究了表面经不同改性处理的CF增强PMR-15聚酰亚胺复合材料界面的微观力学性能,结果表明:有效的表面处理可使CF/PMR-15界面剪切强度明显提高,并与其宏观性能具有较好的对应趋势。本文还初步探讨了界面破坏的过程。     

炭纤维表面接枝碳纳米管对复合材料界面性能的影响

采用聚酰胺-胺(PAMAM)树状分子化学修饰方法制备碳纳米管接枝炭纤维(CF-PAMAM-CNTs)新型增强体。利用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对接枝前后CF表面官能团和表面形貌进行表征;利用接触角测量、单丝拉伸方法研究了接枝前后纤维单丝的润湿性能及拉伸强度,并通过微脱黏法分析了其复合材料的界面剪切强度,同时探索了CNTs的最佳接枝量。结果表明,当CNTs接枝量为15%时,CF表面粗糙度提高了180%,表面能提高了300%,拉伸强度提高了22%,复合材料的界面剪切强度提高了178%,这表明CNTs接枝有利于改善CF复合材料的界面性能。     

两步偶氮反应法制备碳纳米管/碳纤维杂化增强体

采用两步偶氮反应的方法,在碳纤维(CF)表面成功接枝上碳纳米管(CNTs),制得多尺度杂化材料CNTs/CF。采用扫描电子显微镜电镜(SEM)对样品表面进行观察,发现CNTs均匀分布在CF表面。用X射线光电子能谱仪(XPS)对样品的表面化学组成进行了分析,发现CNTs接枝在了CF表面。并通过单丝拉伸实验对样品进行测试,和CF相比,CNTs/CF的拉伸强度为3.4GPa,模量为220GPa,比CF有轻微的降低,说明这种接枝方法有效保护了CF的力学性能。     

化学接枝对碳纤维结构及其复合材料的影响

以丙二酸环(亚)异丙酯和多乙烯多胺对碳纤维进行化学接枝反应,并制备了碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料。利用红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜、动态力学分析对碳纤维和CF/EP复合材料进行表征和测试,研究了复合材料的力学性能,分析比较了2种接枝反应对碳纤维结构及复合材料界面结合的影响。结果表明,碳纤维表面分别成功接枝了-COOH和-NH2,且多乙烯多胺的接枝反应对碳纤维表面和CF/EP复合材料断面产生的效果更为突出,2种复合材料的拉伸强度分别提高了4.4%和17.5%,Tg分别提高了3.1℃和8.2℃,多乙烯多胺的接枝反应对改善界面更具优势。     

CF/PMR-15复合材料界面的湿热稳定性研究

研究了CF/PMR-15复合材料界面对湿热的稳定性.结果表明:水在复合材料中的扩散系数与界面粘结强度有关,经沸水浸泡后的复合材料,其ILSS(层间剪切强度)和界面剪切强度均有所提高;SEM复合材料断面观察表明:力学性能的变化与纤维-基体面粘结的湿热稳定性有直接关系;最后讨论了水对界面的作用机理.     

炭纤维表面官能团异氰酸酯化及阴离子接枝尼龙6研究--(Ⅰ)接枝方法与表征

提出了炭纤维(CF)表面接枝的一种新方法。通过CF表面官能团的异氰酸酯化,利用异氰酸酯作为MC尼龙6聚合的活化剂,成功地通过阴离子接枝聚合方法制备了表面接枝尼龙6(PA6)的CF。扫描电子显微镜(SEM)结果表明．接枝了PA6的CF表面呈粗颗粒状形态与织构。X光光电子能谱(XPS)结果表明阴离子接枝PA6的CF表面N／C比例由0．0295提高到0．0573。称量法表明接枝率可达1．8％以上。     

基于碳纤维表面修饰制备碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)热塑性复合材料

碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)复合材料是重要的热塑性航空复合材料,其难点为提高碳纤维(CF)与基体的浸润性及界面强度。探讨了CF表面修饰对CFF/PPS界面结合强度的影响,对比了热处理去浆及三种表面修饰剂对碳纤维单丝及CFF/PPS复合材料的改性效果。采用X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、单丝强度测试、复合材料静力学测试和动态力学分析等手段对CF表面修饰效果进行评价,建立了基于CF表面修饰制备高性能CFF/PPS热塑性航空复合材料的方法。制备的复合材料层间剪切强度达91.4MPa,弯曲强度953.7MPa,拉伸强度797.4MPa,模量68.4GPa,冲击强度58.3kJ/m2,用SEM观察到CF表面包覆大量PPS树脂。     

氧化石墨烯/炭纤维复合增强体的制备及对环氧树脂复合材料界面性能影响

为了改善炭纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,以对硝基苯胺为原料,通过两步重氮化还原反应,在炭纤维表面共价接枝氧化石墨烯,制备出氧化石墨烯/炭纤维(GO/CF)复合增强体。研究了反应机理,并对改性前后炭纤维表面的化学结构、微观形貌、表面粗糙度、单丝拉伸强度和炭纤维/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,接枝GO后,炭纤维表面粗糙度增加了188%,单丝拉伸强度提高了13. 2%,断裂伸长率增加12. 1%,界面黏结强度提高了80. 2%。     

炭纤维表面官能团异氰酸酯化及阴离子接枝尼龙6研究--(Ⅲ)接枝对CF/PA6复合材料中PA6多重熔融行为的影响

利用差示扫描量热仪(DSC)研究了炭纤维(CF)表面异氰酸酯化改性后阴离子接枝尼龙6(PA6)对CF／PA6复合材料中PA6的多重熔融行为的影响。结果表明：CF的加入和其表面的接枝改性都会改变PA6等温结晶所得晶体的晶型和结晶度，且此作用与等温结晶的温度有关。较低的结晶温度下，未接枝CF表面的诱导作用有利于基体PA6形成稳定的α晶型；而表面接枝改性CF与PA6界面相互作用的提高会阻碍基体形成稳定的α晶型，主要形成γ和γ^o晶型。较高温度下，未改性CF表面的诱导作用减弱，基体与纯PA6一样主要形成γ晶型；而接枝改性CF则使得基体倾向形成亚稳定的γ^o型结晶。且未接枝CF的加入使得PA6的表观相对结晶度增大。而CF接枝改性后复合材料的表观相对结晶度减小。     

炭纤维表面处理对CF／PI复合材料界面性能的影响

在基体和成型工艺一定的条件下,炭纤维(CF)的表面状态决定了复合材料的界面性质通过空气冷等离子体处理、表面接技NA-酸酐和表面徐没涂层的方法对炭纤维进行表面改性:采用界面微脱粘测试技术表征不同表面处理方法对炭纤维/聚酰亚胶树脂复合材料界面剪切强度的影响;并应用TEM和图像处理技术对其界面进行直观表正计算出不同界面层厚度     

炭纤维表面处理对CF/PI复合材料界面性能的影响(英文）

在基体和成型工艺一定的条件下，炭纤维（CF）的表面状态决定了复合材料的界面性质通过空气冷等离子体处理、表面接技NA-酸酐和表面徐没涂层的方法对炭纤维进行表面改性：采用界面微脱粘测试技术表征不同表面处理方法对炭纤维／聚酰亚胶树脂复合材料界面剪切强度的影响；并应用TEM和图像处理技术对其界面进行直观表正计算出不同界面层厚度     

Cu-CF/EP复合材料导电与阻尼性能研究

研究不同长径比的碳纤维(CF)对环氧树脂阻尼性能的影响,从结构设计上对CF镀铜处理,采用SEM对镀铜CF(Cu-CF)进行验证,并研究Cu-CF/EP复合材料的力学、导电以及阻尼性能。结果表明:CF表面镀铜均匀;加入较少量大长径比CF能很好地提高复合材料的冲击强度,但是弯曲强度却明显降低,而加入较多的小长径比CF对材料的力学性能有所增强。此外CF-P3200能很好地提高复合材料的导电性能和阻尼性能。     

多壁碳纳米管对Ti-碳纤维/反应型聚酰亚胺超混杂层板力学性能的影响

为了改善Ti/反应型聚酰亚胺（PMR）树脂界面的黏结强度,从而提高Ti-碳纤维（CF）/PMR超混杂层板的力学性能,本文探究了添加多壁碳纳米管（MWCNTs）对Ti-CF/PMR超混杂层板力学性能的影响。将不同质量分数（0wt%、2.5wt%、5.0wt%和7.5wt%）的MWCNTs利用超声分散法均匀分散于PMR树脂中,随后进行Ⅰ型断裂韧性试验,探究添加MWCNTs对Ti-CF/PMR超混杂层板界面性能的影响,最后选取最优含量的MWCNTs同时添加到PMR胶层和CF/PMR树脂中,并进行弯曲试验,探究添加MWCNTs对Ti-CF/PMR超混杂层板力学性能的影响。通过SEM观察和分析了相应的失效模式和增强机制。结果表明:当MWCNTs含量为5.0wt%时,Ⅰ型层间断裂韧性提高了74%;同时添加5.0wt% MWCNTs于PMR胶层和CF/PMR复合材料树脂中,Ti-CF/PMR超混杂层板的弯曲性能较未添加MWCNTs提高了42%。这是由于MWCNTs在PMR胶层和CF/PMR树脂中的分布均匀性较高,且能分散并承受界面层转移到纤维层的载荷,并利用自身拔出、断裂、桥接、脱黏来吸收并消耗断裂能量,进一步提升Ti-CF/PMR超混杂层板的弯曲性能。      

电泳沉积氧化石墨烯的碳纤维表面改性及其增强环氧树脂复合材料界面性能

采用超声辅助电泳沉积法,以异丙醇作为溶剂,在连续碳纤维(CF)表面沉积一层氧化石墨烯(GO),对CF表面进行改性。再经200℃高温处理来增强(GO)与CF之间的黏合性,从而增加CF/环氧树脂(EP)复合材料的界面结合强度。利用SEM和AFM对改性前后CF的表面形貌及微观结构变化进行了表征,通过XPS对改性前后CF表面官能团的变化进行了检测。结果表明,在CF表面沉积GO并经200℃处理后,有效地部分还原了GO(RGO),填补或桥联了CF表面缺陷,使改性后CF的拉伸强度提高了34.58%。同时,高温处理使RGO与CF之间生成牢固的化学键,从而提高了RGO与CF之间的结合强度,最终使RGO-CF/EP复合材料的界面剪切强度(IFSS)提高了69.9%。      

碳纤维增强Al-4.5Cu复合材料的凝固组织、偏析及性能的研究

铸造金属基复合材料的凝固决定着材料的机械性能.本文中研究了凝固冷却速率对CF/Al-4.5Cu复合材料的显微组织、偏析及机械性能的影响.实验结果表明,挤压铸造CF/Al-4.5Cu复合材料凝固过程中,α-Al相首先在纤维间隙中开始形核,并逐渐向纤维表面生长,而共晶θ-Al₂Cu相依附CF表面形核并长大.随着凝固冷却速率的降低,θ相的形态从块状转变为颗粒状,析出量逐渐减少,Cu元素显微偏析逐渐降低,复合材料的抗弯强度逐渐提高.另外,CF/Al-4.5Cu复合材料由于其强的界面结合力,其断裂特征为脆性断裂,断口形貌表现为平切型.     

CF 表面低聚倍半硅氧烷涂层对复合材料界面性能影响

采用不同倍半硅氧烷(SSO) ( YGO-SSO 和Methacryl isobutyl-POSS) 涂层对碳纤维(CF) 改性, 有效地提高了碳纤维/ 聚芳基乙炔(CF/ PAA) 的层间剪切强度( ILSS) 。采用原子力显微镜(AFM) 以力调制模式对CF/ PAA复合材料横截面进行表面形貌和硬度分布研究, 通过对硬度图像进行统计学分析得到纤维、界面相、基体相硬度分布直方图和线分布图, 对不同涂层、同种涂层不同浓度改性后的复合材料界面相特性进行了比较和研究。结果表明, 不同结构、不同浓度SSO 涂层处理对界面的改性效果不同, 含大有机官能团的笼型倍半硅氧烷(MethacrylisobutylPOSS) 的改性效果好。AFM 分析直观地表明, 经不同结构SSO 涂层处理后CF/ PAA 复合材料中出现不同形貌结构、不同硬度的界面过渡层,该界面层提高纤维/ 树脂的粘接。      

原位聚合法制备CF/PSF-MC尼龙6复合材料

制备了表面接枝了聚酰胺链段的炭纤维/PSF-MC尼龙6复合材料,接枝率为1.3%。DSC研究表明,与MC尼龙6相比,接枝后的炭纤维/PSF-MC尼龙6复合材料中基体尼龙6的起始结晶温度和最大结晶温度均有所提高,α型晶体和γ型晶体均增多。力学性能测试和扫描电镜观察实验结果都表明在炭纤维表面接枝聚酰胺链段后,炭纤维与基体尼龙6的界面粘接性和相容性得到提高,力学性能测试表明,聚砜的加入提高了复合材料的弯曲强度。     

碳纤维增强热塑性聚酰亚胺及其复合材料

采用双螺杆共混挤出法,在热塑性聚酰亚胺(TPI)树脂中添加碳纤维(CF)进行复合增强,实验研究了碳纤维种类、加入量及成型方法对复合材料力学性能的影响.结果表明:碳纤维的加入能显著提高材料的常温和高温力学强度,并与碳纤维种类有关;复合材料的拉伸和弯曲强度均随着碳纤维加入量的增大而升高;相对于模压成型方法,注塑成型可获得更高强度的复合材料.由扫描电镜(SEM)观察到的材料拉伸和弯曲断面的微结构形貌,初步探讨了碳纤维的增强机理.