酚醛树脂表面处理剂对炭纤维增强环氧树脂复合材料界面强度的影响

采用酚醛树脂作为炭纤维表面处理剂, 可以显著提高多种炭纤维和环氧树脂界面强度。通过XPS、AFM、SEM和层间剪切强度等方法, 研究了不同浓度的酚醛树脂表面处理剂对炭纤维增强环氧树脂复合材料层间剪切强度、炭纤维表面元素和化学键组成的影响, 以及炭纤维增强环氧树脂复合材料断面微观形貌的变化。XPS和AFM分析结果表明酚醛树脂和炭纤维表面发生了化学反应, 而且酚醛树脂处理剂浓度越高, 和炭纤维表面发生反应的基团也越多, 表面越光滑平整, SEM和层间剪切强度研究表明酚醛树脂处理后的复合材料界面粘结性能得到很大的改善, 而且界面粘结性能强烈依靠处理剂浓度。      

空心石英玻璃纤维增强氰酸酯基低介电复合材料的制备及性能分析

研究了空心石英纤维增强新型改性氰酸酯树脂基复合材料的力学性能、热物理性能和介电性能,结果表明,空心石英纤维增强氰酸酯复合材料具有较好的力学性能和优异的介电性能。空心石英纤维增强新型改性氰酸酯树脂基复合材料的介电常数低且具有较好的频率稳定性,适合作为宽频高透波材料。     

磷酸盐基复合材料的纤维涂膜与性能的研究

采用Sol-gel法制备SiO2和Al2O3溶胶.对石英纤维的表面均匀涂膜.采用动态毛吸法测定了涂膜纤维的表面能,研究了涂膜对复合材料性能的影响.结果表明,涂膜使得磷酸盐基复合材料的力学性能提高和介电性能的高温稳定性改善.     

稀土改性磨碎玻璃纤维对磨碎玻璃纤维/聚四氟乙烯复合材料性能的影响

采用三种表面改性剂,即硅烷偶联剂（PTMS）、含PTMS的稀土改性剂（PTMS-RES）和稀土改性剂（RES）,对磨碎玻璃纤维表面处理,探讨了不同表面处理剂对磨碎玻璃纤维/聚四氟乙烯（MGF/PTFE）复合材料介电性能、热膨胀系数和热导率的影响。测试了RES、未改性的磨碎玻璃纤维和PTMS-RES改性的MGF的FTIR谱图,并采用SEM对MGF/PTFE复合材料的断口形貌进行分析。结果表明：与未经表面改性的MGF/PTFE复合材料相比,经表面改性的MGF/PTFE复合材料的介电性能、热膨胀系数、热导率都得到改善。由于RES特殊的电子层结构以及对阴离子有强吸引作用,RES改性效果比PTMS更好。由于RES与PTMS共同的作用,PTMS-RES比RES能更好地改善MGF与PTFE的界面,促进MGF与PTFE的界面粘结。     

超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料的性能研究

采用一种结构与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维相似、且对纤维表面具有良好浸润性的碳氢树脂(PCH)作基体,通过层压成型方法制得UHMWPE/PCH复合材料.研究了复合材料的力学性能、介电性能、吸湿性能及界面黏结性能.结果表明,UHMWPE/PCH复合材料介电性能优异、力学性能好、耐湿热性能较佳、界面黏结性能好,可用作高性能透微波复合材料.     

剑麻纤维处理方法对SF/PF共混复合材料动态力学性能的影响

分别采用碱、硅烷偶联剂(A-1120)及阻燃剂(硼砂-HCHO-NaHSO3)对剑麻纤维进行表面处理,通过模压成型工艺制备了剑麻纤维/酚醛树脂(SF/PF)共混复合材料。采用动态力学性能测试(DMA)研究了SF表面处理方法对SF/PF共混复合材料动态力学性能、蠕变及应力松弛性能的影响,采用扫描电镜(SEM)观察了SF/PF共混复合材料冲击断面的形态。结果表明,SF经偶联剂处理后,SF/PF共混复合材料的储能模量达到6310MPa,玻璃化转变温度(Tg)达到216℃,其储能模量和Tg分别比未处理复合材料提高2倍和15℃;SF经阻燃剂处理后,SF/PF共混复合材料的蠕变和应力松弛性能得到提高,SEM观察表明,SF表面处理对提高材料的界面粘接性具有一定的作用。     

玻璃纤维表面纳米SiO_2改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响

为研究玻璃纤维(GF)表面纳米SiO2改性对GF增强树脂基复合材料力学性能的影响,利用真空辅助模压(VAMP)工艺制备了不同含量的纳米SiO2表面改性GF增强聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)复合材料。分析了GF表面改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响,研究了纤维表面改性对GF/PCBT复合材料抗湿热老化性能的影响规律。纤维拔出试验结果表明:经表面处理的GF/PCBT复合材料的界面剪切强度提高了1.16倍;采用含量为0.5wt%和2wt%(与树脂质量比)的纳米SiO2处理GF表面后,复合材料的三点弯曲强度分别提高1.5倍和1.67倍,弯曲模量分别提高1.03倍和1.17倍。SEM结果显示:当纳米SiO2用量为2wt%时,破坏后的纤维表面被树脂完全覆盖,树脂与纤维粘结良好。在湿热条件下,由于纳米SiO2颗粒的存在,水分子很难通过界面相扩散到改性后的材料内部,其抗湿热性能提高。     

单向竹原纤维表面改性对其增强不饱和聚酯树脂复合材料性能的影响

采用碱处理、碱-偶联剂联合处理对竹原纤维进行表面改性,通过缝合-模压工艺制备了单向连续竹原纤维/不饱和聚酯树脂(BF/UP)复合材料。研究了不同表面改性方法对BF/UP复合材料静态、动态力学性能、吸水性能等的影响,并用SEM、红外光谱等技术研究了改性处理后纤维的表面及复合材料界面结合情况。结果表明:经过不同表面处理后BF/UP复合材料的性能均有所改善。当采用5wt%碱-3wt%偶联剂联合处理时,BF/UP复合材料综合性能最优,其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、剪切强度较未处理的分别提高了34.29%、15.95%、11.26%、29.39%;复合材料存储模量(33℃)较未处理的提高了63.80%,损耗因子有所降低;BF/UP复合材料24h、720h吸水率较未处理的分别减小了55.35%、27.32%。SEM和红外光谱结果表明,改性处理后竹原纤维表面杂质减少,附着了一层偶联剂膜,BF/UP复合材料中纤维与树脂之间的界面结合更好。     

改性大麻纤维/不饱和聚酯复合材料的力学性能及界面表征

采用模压成型方法制备大麻纤维/不饱和聚酯复合材料,用六亚甲基二异氰酸酯(DIH)与丙烯酸羟乙酯(HEA)对纤维进行表面处理。结果表明,纤维改性后复合材料的拉伸强度、弯曲强度及弯曲模量均有显著提高;当DIH-HEA用量为纤维干质量的3%时,复合材料的总体力学性能最佳。复合材料拉伸断面扫描电镜(SEM)显示,纤维表面处理改善了纤维与树脂间的界面结合。改性纤维的红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)分析表明,DIH-HEA混合物与纤维表面羟基产生共价键结合。     

稀土改性对玄武岩纤维增强氰酸酯树脂复合材料性能的影响

采用自制稀土改性剂改性玄武岩纤维（La-BF）布增强双酚A型二氰酸酯（BADCy）制备了La-BF/BADCy复合材料。采用SEM和FTIR分析了改性对BF表面产生的影响,TG分析研究了改性对BF/BADCy复合材料热稳定性的影响,使用电子万能试验机研究改性对不同质量分数的BF/BADCy弯曲性能的影响,通过阻抗分析仪分析了改性对La-BF/BADCy复合材料介电性能的影响。结果表明,改性减少了BF的表面缺陷,并引入了结晶状凸起,有利于提高BF/BADCy复合材料的界面性能;通过改性提高了BF/BADCy复合材料的热稳定性,初始分解温度提高了145℃;当BF的质量分数为12wt%时,改性使BF/BADCy复合材料弯曲模量提高到4.19 GPa,弯曲强度达到110 MPa以上。在1 MHz~3 GHz范围内,La-BF/BADCy复合材料的介电常数稳定在1.9左右。因此稀土改性是一种能够有效提高BF/BADCy复合材料弯曲性能、热稳定性及介电性能的表面改性方法。      

甲基丙烯酰氧基倍半硅氧烷改性碳纤维/聚芳基乙炔复合材料界面性能

利用微脱粘法、三点弯曲法、扫描电镜（SEM）、力调制模式原子力显微镜（AFM）和动态力学热分析（DMTA）研究了甲基丙烯酰氧基倍半硅氧烷（Methacryl-POSS）涂层改性前后的碳纤维增强的聚芳基乙炔（PAA）复合材料的界面性能。用Wilhelmy法研究了处理前后的碳纤维与PAA树脂的浸润性。结果表明: POSS涂层处理后的碳纤维表面粗糙度增大,与PAA树脂的浸润性提高;复合材料的界面剪切强度提高了36%,层间剪切强度提高了50%。DMTA图谱表明, POSS涂层改性后,复合材料的玻璃化转变温度提高了12℃,损耗因子降低了53%,表明复合材料的界面粘接性能得到大幅度的改善。      

Influence of fibre surface oxidation–reduction followed by silsesquioxane coating treatment on interfacial mechanical properties of carbon fibre/polyarylacetylene composites

Carbon fibre was treated with oxidation–reduction followed by silsesquioxane coating method to improve the interfacial properties of carbon fibre/polyarylacetylene (CF/PAA) composites. The treatment method was divided into three phases, i.e., oxidation with oxygen plasma, reduction with LiAlH₄, and coating treatment with vinyl silsesquioxane (VMS–SSO). The fibre surface composition and functional group were analyzed using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The polar functional groups, especially C–OH which could react with Si–OH on silsesquioxanes, were increased after redox reaction. VMS–SSO coating treatment imported vinyl groups which could react with PAA resin during PAA cure process. The surface morphology of carbon fibre was observed by atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM). The mechanical interfacial properties of the CF/PAA composites were characterized by short-beam bending testing method. Interlaminar shear strength (ILSS) of the CF/PAA composites in different treatment phases were increased by 31.7%, 28.8%, and 59.3%, respectively. The conclusion that oxidation–reduction followed by silsesquioxane coating treatment is an effective method to improve the interfacial properties of the CF/PAA composites can be drawn. This method can be used in other resin systems if the functional groups on silsesquioxane are changed according to those in resins.     

Influence of fibre surface oxidation treatment on mechanical interfacial properties of carbon fibre/ polyarylacetylene composites

Abstract

In the present work, the mechanical interfacial properties of carbon fibre (CF) reinforced polyarylacetylene (PAA) resin composites were modified through the surface oxidation treatment of carbon fibres by ozone. Both X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy showed that oxidation treatment could increase the amount of elemental oxygen on the fibre surface markedly by introducing more oxygen groups. Atomic force microscopy (AFM) images indicated that weak surface regions of fibres had been etched and removed, and the degree of fibre surface roughness was increased. The interlaminar shear strength (ILSS) and the interfacial shear strength (IFSS) of CF/PAA composites were both improved notably (no less than 50%). It could be concluded that an improvement of fibre surface chemical activity, better wettability of resin on the carbon fibre surface, and stronger mechanical joining between fibres and resin all resulted in the modification of interfacial properties of carbon fibre reinforced PAA composites. The influences of temperature, ozone concentration, and treatment time on the oxidation results were studied, and optimal treatment parameters determined.     

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。      

聚芳基乙炔树脂基复合材料固化缺陷的产生机制

针对石英纤维增强聚芳基乙炔(PAA)树脂基复合材料固化微裂纹缺陷问题, 采用差示扫描量热、 红外光谱、 顶杆示差、 三点弯曲及金相分析等方法, 通过PAA树脂的固化反应、 收缩特性分析, 研究了树脂浇注体力学性能、 增强体结构形式、 纤维体积分数对裂纹缺陷产生的影响。结果表明, PAA树脂固化收缩率大、 树脂脆性是PAA复合材料中裂纹缺陷产生的主要原因, 提高纤维含量、 减少富树脂区有助于抑制裂纹缺陷, 并且采用酚醛树脂对PAA进行改性后, 亦可有效减少裂纹的产生。      

Natural silica fiber as reinforcing filler of nylon 6

Short silica fiber (SF) content on the mechanical and morphological properties of composites based on nylon 6 and rubber-toughened nylon 6 matrices was examined. Binary nylon 6/SF and ternary [nylon 6/EPDM-g-MA (ethylene–propylene–diene grafted with maleic anhydride)/SF] composites containing 0–20 wt% SF were formulated. The flexural modulus increased with the SF content at all fiber compositions investigated; however, the value of this property gradually diminished when 20 wt% rubber was added to the polymer. Notched Izod impact strength of 80/20 nylon 6/EPDM-g-MA blend was reduced up to 50% with the addition of 5 wt% SF. However, these composites still retained good stiffness and toughness and presented a good interfacial adhesion between the phases. The results suggest that silica fibers can be employed as an alternative reinforcement of nylon 6 matrices, resulting in materials with useful properties.     

Mercerization of sisal fibers: Effect of tension on mechanical properties of sisal fiber and fiber-reinforced composites

Sisal fibers were mercerized, under tension and no tension, to improve their tensile properties and interfacial adhesion with soy protein resin. Mercerization of fibers under tension is known to minimize fiber shrinkage and to lower the microfibrillar angle by aligning them along the fiber axis. Mercerization improved the fracture stress and Young’s modulus of the sisal fibers while their fracture strain and toughness decreased. Mercerized sisal fiber-reinforced composites with soy protein resin showed improvement in both fracture stress and stiffness by 12.2% and 36.2%, respectively, compared to the unmercerized fiber-reinforced composites. Scanning electron microscope (SEM) photomicrographs of the composite fracture surfaces showed shorter fibrils protruding in the mercerized fiber-reinforced composites resulting in better sisal fiber/soy adhesion. Changed fiber surface properties were also responsible for better adhesion.     

电子束固化复合材料界面

电子束固化复合材料界面粘结性能较低是急待解决的问题。利用阳极氧化技术和偶联剂涂层对碳纤维表面进行处理。处理前后的碳纤维表面性能利用SEM、XPS和接触角测试方法进行分析,通过层间剪切强度表征电子束固化复合材料界面粘结性能,并且与热固化复合材料进行对比。结果表明: 当碳纤维在酸性电解液中进行阳极氧化时,有利于提高电子束固化复合材料界面粘合性能,在碱性电解液中进行阳极氧化时, 则导致较低界面粘接性能。阳极氧化与偶联剂双重增效作用能够提高电子束固化复合材料界面粘合性能。     

碳纤维三维立体织物中纤维表面改性的均一化研究

采用阳极氧化法对碳纤维三维织物进行了表面处理。通过复合材料的界面强度、抗冲击性能和抗压性能,研究了阳极氧化处理工艺参数对碳纤维三维织物复合材料性能的影响。实验结果表明该方法不仅能对三维织物表层的碳纤维进行表面改性, 而且能深入织物内部, 实现对碳纤维三维织物的均一化处理, 从而使碳纤维三维织物/酚醛复合材料的界面强度均得到大幅度提高, 复合材的整体性能得到改善。