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     

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     

Kevlar缝线表面处理对炭纤维/双马来酰亚胺 树脂缝合复合材料界面性能的影响

为了改善Kevlar缝线缝合复合材料的耐湿热性能, 采用化学接枝烯丙基的方法对Kevlar缝合线进行表面改性处理。通过力学测试、 扫描电子显微镜(SEM)、 光电子能谱分析(XPS)对表面改性的纤维进行表征。实验结果表明, 化学处理的Kevlar缝线表面变得粗糙, 缝线表面氧元素的含量提高23%, 在合适的处理条件下, 缝线的拉伸强度降低很小。同时通过测试干、 湿态下炭纤维/双马来酰亚胺树脂缝合复合材料层压板的层间剪切强度, 研究了化学表面处理的Kevlar缝线对缝合炭纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料界面性能的影响。测试结果显示, 表面处理后Kevlar缝线缝合的复合材料的吸湿率降低约52%, 湿态层间剪切强度保持率提高15%。      

湿纺和干湿纺炭纤维的表面结构分析

采用SEM、AFM及XPS等测试技术对湿法和干湿法制备的炭纤维的表面形貌、组织结构及化学组成进行了表征,分析材料的微观组织对复合材料界面的影响.研究结果发现,湿法炭纤维表面粗糙度大,沿纤维轴向沟槽深浅不均匀,且走向杂乱,有利于与复合材料中的基体树脂产生物理机械锁合作用,促进界面粘结;湿法炭纤维的表面含氧量和含氮量高于干湿法炭纤维,且表面活性同样高于干湿法炭纤维,有利于与基体树脂发生化学反应,形成较强的界面作用,从而使湿法炭纤维复合材料的层间剪切强度比干湿法炭纤维提高了13.92％.     

链长对炭纤维/聚芳基乙炔复合材料界面性能的影响

采用在炭纤维表面接枝含有不同链长的偶联剂的方法, 研究了链长对炭纤维/聚芳基乙炔复合材料界面性能的影响。纤维和树脂的浸润性通过纤维表面能的测定以及纤维表面能和浸润性的讨论进行了评价。通过复合材料界面剪切强度测试以及断口形貌分析对炭纤维/聚芳基乙炔复合材料的界面性能进行了研究。结果表明, 随着炭纤维表面链长的增长, 炭纤维/聚芳基乙炔复合材料的界面粘结性能随之提高。界面粘结性能的提高主要归因于接枝于炭纤维表面的偶联剂的分子链和聚芳基乙炔树脂分子链发生了物理缠结作用, 并且这种缠结作用随着纤维表面分子链的长度的增加而增强。      

短切炭纤维的表面处理对沥青基C/C复合材科性能的影响

采用模压半炭化成型工艺,在大气环境下制备了短切炭纤维增强的沥青基C/C炭复合材料.借助材料万能试验机和扫描电镜研究了短切炭纤维的表面处理对C/C复合材料体积密度和抗压强度的影响.结果表明:随着短切炭纤维表面处理强度的增大,C/C复合材料的抗压强度明显提高.用联合处理方法改性的短切炭纤维制备的C/C复合材料的抗压强度,比未处理的短切炭纤维增强的C/C复合材料的抗压强度,约提高了138.5%.     

单丝拉伸断裂法探究上浆剂改性炭纤维与聚碳酸酯的界面黏结性

为了探究不同上浆剂对炭纤维/聚碳酸酯复合材料界面黏结性的影响,采用自制水性聚碳酸酯乳液、聚醋酸乙烯酯乳液、聚氨酯乳液与聚乙烯乳液等上浆剂对炭纤维进行表面改性。采用红外光谱(IR)和热重-质谱联用(TG-MS)仪分析上浆剂的化学结构;采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)与热重分析仪(TG)等研究上浆改性炭纤维的表面结构。为了量化地分析炭纤维与聚碳酸酯的界面剪切强度,采用单丝拉伸断裂法得到界面剪切强度。结果表明,水性聚氨酯乳液上浆改性后的炭纤维与聚碳酸酯的界面剪切强度最高(29.19 MPa),这是由于聚氨酯中含有较多的氨酯键,可与树脂形成较多的氢键。相对而言,水性自制乳液与聚醋酸乙烯酯乳液涂层后的炭纤维与聚碳酸酯之间只有物理吸附作用,因此界面黏结性略弱。     

纳米炭纤维改性对C/C复合材料摩擦磨损的影响

采用催化化学气相法在炭纤维表面原位生长纳米炭纤维后,再通过化学气相渗透法制备出纳米炭纤维改性C/C复合材料。采用微动摩擦磨损试验考察纳米炭纤维改性C/C复合材料的摩擦磨损性能,探讨原位生长纳米炭纤维对C/C复合材料摩擦磨损机理。结果表明,采用纳米炭纤维改性后C/C复合材料的摩擦过程更平稳,磨损量减小。纳米炭纤维与热解炭形成复合基体,这种复合基体在摩擦过程中形成高强度高模量的摩擦膜,从而影响复合材料的摩擦性能。     

沥青树脂和炭纤维的复合性能

流化床催化裂化(Fluid catalytic ciracking,FCC)油浆富芳馏份(Fluid catalytic ciracking rich aromatic,FCCRF)与交联剂对苯二甲醇(1,4-benzenedimethanol,PXG)在催化剂对甲基苯磺酸(Para-toluene sulphonic acid,PTS)的作用下,加热至120℃以上,制得的沥青树脂是一种新型的热固性树脂。沥青树脂在一定条件下与炭纤维或炭纤维纸热压成型。成型料在空气中250℃-10h和300℃-2h热处理后,其热力学性能无明显变化;在强酸、强碱中处理1h~70h,质量几乎无变化;说明沥青树脂与炭纤维或炭纤维纸的复合材料热稳定性和化学稳定性尚好。沥青树脂与炭纤维或炭纤维纸的复合材料在高纯氮保护下,经950℃~1000℃热处理后制得炭/炭复合材料,由SEM观察可见炭/炭复合材料无空洞、劈裂,力学性能尚可,断口炭纤维拉出小于10μm,说明沥青树脂与炭有较强的亲和力,与炭纤维黏合很好。FCC油浆富芳馏份制备的沥青树脂,作为炭/炭复合材料的基质是可行的。     

树脂基复合材料改性技术

概述了树脂基复合材料物理及化学改性技术的作用机理,以及近年来改性技术的最新进展情况,对几种典型改性树脂基复合材料做了简要的介绍.     

The effect of surface treatment on the performance improvement of carbon fiber/polybenzoxazine composites

The effects of surface treatments, such as oxygen plasma and nitric acid treatment, on the mechanical properties of carbon fiber (CF)/polybenzoxazine composites were investigated. Interlaminar shear strength (ILSS) and flexural strength of CF/polybenzoxazine composites were measured and correlated with surface area and surface functionality. Both oxygen plasma treatment and nitric acid treatment were efficient in the enhancements of the ILSS and flexural strength of CF/polybenzoxazine composites. However, nitric acid treatment was more efficient than oxygen plasma treatment due to large increment of surface roughness. Cohesive failure was observed in surface treated composite due to adhesion improvement.     

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。     

Interfacially reinforced methylphenylsilicone resin composites by chemically grafting multiwall carbon nanotubes onto carbon fibers

Both silane and multiwall carbon nanotubes (CNTs) were grafted successfully onto carbon fibers (CFs) to enhance the interfacial strength of CFs reinforced methylphenylsilicone resin (MPSR) composites. The microstructure, interfacial properties, impact toughness and heat resistance of CFs before and after modification were investigated. Experimental results revealed that CNTs were grafted uniformly onto CFs using 3-aminopropyltriethoxysilane (APS) as the bridging agent. The wettability and surface energy of the obtained hybrid fiber (CF-APS-CNT) were increased obviously in comparison with those of the untreated-CF. The CF-APS-CNT composites showed simultaneously remarkable enhancement in interlaminar shear strength (ILSS) and impact toughness. Moreover, the interfacial reinforcing and toughening mechanisms were also discussed. In addition, Thermogravimetric analysis and thermal oxygen aging experiments indicated a remarkable improvement in the thermal stability and heat oxidation resistance of composites by the introduction of APS and CNTs. We believe the facile and effective method may provide a novel interface design strategy for developing multifunctional fibers.     

碳纤维阳极氧化法处理对复合材料界面性能的影响

利用阳极氧化法对碳纤维进行表面改性处理,研究了碳纤维处理前后表面化学组成,纤维复丝拉伸强度和复合材料的层间剪切强度（ＩＬＳＳ）。结果表明,经阳极氧化处理碳纤维表面的含氧、含氮极性官能团数目增加,纤维复丝拉伸强度有所下降,复合材料的ＩＬＳＳ值提高。同时通过实验结果分析,阐明阳极氧化处理使复合材料界面性能改善的机理。     

叠氮苯并咪唑偶联剂增强国产芳纶Ⅲ/聚三唑树脂复合材料界面

通过分子设计制备合成了含叠氮及苯并咪唑双官能团的偶联剂Azido-Benzimidazole(ABI),并考察了新型偶联剂对国产芳纶Ⅲ(DAF-Ⅲ)/聚三唑树脂(PTA)复合材料的界面增强作用。SEM、傅立叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)及XPS分析表明,ABI通过分子结构中的苯并咪唑基团与DAF-Ⅲ纤维形成分子间氢键,能够作用到DAF-Ⅲ上。FTIR及DSC分析表明,ABI中的叠氮基团与PTA树脂中的炔基发生反应,生成三唑环参与了PTA树脂的固化。经2.1wt%ABI处理后,DAF-Ⅲ/PTA树脂复合材料层间剪切强度(ILSS)和弯曲强度分别较未处理时提高了62.0%和43.7%。     

磷酸盐溶液中碳纤维表面电化学改性

对比研究(NH₄)₂HPO₄和NH₄H₂PO₄两种不同电解质对碳纤维电化学改性效果的影响。通过拉丁方试验,研究了各改性参数对纤维表面改性效果的影响程度,采用XPS、AFM、BET技术对纤维表面化学组成、形貌及其比表面积的变化进行了表征分析。结果表明:以(NH₄)₂HPO₄为电解质处理时改性效果主要受相对电流密度的影响,而以NH₄H₂PO₄为电解质时电解液浓度是最主要的影响因素;在(NH₄)₂HPO₄电解液中,纤维表面氧化刻蚀温和,改性效果显著,层间剪切强度可提高到79.8MPa,而在NH₄H₂PO₄电解液中,纤维表面受到较强烈氧化刻蚀,本体强度损失较大,复合材料层间剪切强度仅能提高到70.8MPa。      

复合处理碳纤维增强聚酰亚胺复合材料力学性能

采用浓硝酸氧化和聚酰亚胺(PI)包覆复合方法对短切碳纤维(CF)进行表面改性,提高CF增强热塑性聚酰亚胺复合材料(CF/TPI)力学性能。采用比表面积及孔容分析、原子力显微镜、扫描电子显微镜、热重分析仪研究了CF表面处理前后结构和形貌的变化。结果表明：CF经浓HNO₃处理后比表面积增加144.2%,CF表面沟壑加深;复合处理后有PI层包覆在 CF表面;包覆处理后CF耐热性能提高。力学性能测试表明,经过包覆处理后CF/TPI复合材料的拉伸强度比未处理的提高11.34%,弹性模量提高109.2%,弯曲强度提高18.78%,冲击强度提高74.15%。     

碳纤维表面结构对复合材料吸湿性能的影响

通过改变阳极氧化处理程度得到了具有不同表面结构的碳纤维, 然后将其与环氧树脂加工成碳纤维/树脂基复合材料, 研究了碳纤维的化学结构与湿热环境下复合材料吸湿之间的关系。结果显示: 阳极氧化处理后碳纤维表面的活性显著提高, 碳纤维表面含氧官能团的含量大幅增加, 尤其是-OH由处理前18.62%提高到处理后的34.84%。随着湿热处理条件的改变, 复合材料的吸湿机理也有所差异, 且温度是影响复合材料吸湿的重要因素。碳纤维表面活性越高, 复合材料达到吸湿平衡时的平衡吸湿量越大, 而平衡吸湿量的增加又会导致复合材料层间剪切强度(ILSS)下降幅度增大。     

己内酰胺在碳纤维表面的电聚合改性

采用循环伏安法,以己内酰胺为聚合单体对碳纤维进行电聚合改性。利用循环伏安特性曲线、傅里叶变换红外光谱、电脑伺服控制材料试验机、扫描电镜(SEM)研究了改性前后碳纤维及其复合材料表面结构与性能的变化。结果表明,当己内酰胺浓度为0.1 mol/L,循环次数为10次时,碳纤维的改性效果较佳;改性后的碳纤维在1650 cm~(-1)出现NH_2的变角振动吸收峰,1556 cm~(-1),1540 cm~(-1)出现羧酸COO反对称伸缩吸收峰;能谱测试发现碳纤维表面O含量增加了1.69%;复合材料的层间剪切强度(ILSS)由10.50 MPa增加到26.96 MPa,提高了156.70%;SEM图表明改性后碳纤维表面生成分散均匀的颗粒且具有一定厚度的聚合物涂层,与复合材料结合紧密且无拔出现象。     

聚合物涂层对高模量碳纤维表面性能的影响

为改善碳纤维表面性能以及碳纤维/树脂复合材料的界面性能,对PAN基高模量碳纤维（HMCF）表面进行聚合物涂层处理。研究了不同潜伏性固化剂含量的聚合物涂层对HMCF表面以及碳纤维/树脂复合材料的界面性能的影响。IR分析表明,聚合物涂层与纤维或树脂基体发生了化学反应。扫描电镜和动态机械热分析的结果也说明,聚合物涂层能够提高...