工艺温度下树脂与纤维的接触角及其粘附作用研究

针对复合材料成型工艺条件下环氧树脂与碳纤维表面的物理化学作用,研究了不同温度下E51树脂以及E51/DDS、E51/咪唑树脂体系的表面张力,E51树脂与T700纤维单丝的接触角;并考察了E51树脂在T700纤维束表面的初始表观接触角。进而对比分析了升温过程中T700纤维与E51/DDS树脂体系的浸润特性,计算出纤维与树脂体系的热力学粘附功,考察了工艺温度条件下纤维与树脂体系的粘附特性。结果表明,升高温度、降低树脂黏度可有效改善纤维与树脂的浸润特性,树脂的黏度作用尤其显著。在树脂体系发生化学反应之前,升温对纤维/树脂粘附特性的促进作用较不明显。     

碳纤维与环氧树脂润湿和黏附作用

对比分析了不同类型碳纤维与环氧树脂的接触角的变化规律, 并利用Young-Dupre法和Wu法, 分析了黏附功随温度的变化规律, 以及树脂固化对纤维/树脂润湿、黏附作用的影响。结果表明: 升高温度有利于T300、CCF、T700纤维和环氧AG80树脂的润湿, 去除纤维表面上浆剂后其表面能极性分量下降, 与AG80树脂的润湿和黏附性能变差; 在树脂体系未发生化学反应前, AG80/DDS树脂体系比AG80纯树脂与T700纤维的润湿性能好, 黏附性能差; 110 ℃恒温条件下随固化时间延长, AG80/DDS和E51/DDS树脂体系与T700纤维的浸润和黏附性能均改善。      

环氧树脂对炭纤维的浸润性能分析

采用动态接触角表征环氧树脂对炭纤维的浸润性能,分析了温度、上浆剂、溶解度参数以及相互作用参数等因素对浸润性能的影响.结果表明,升高温度、使用上浆剂、提高两相间的相互作用参数均可减小树脂与纤维之间的接触角,改善浸润性能,而溶解度参数对树脂浸润纤维的影响不大.     

聚丙烯腈基碳纤维的表面涂覆改性对其在树脂基体中分散特性的影响

以阴离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸盐(AEOPK)为处理剂对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维表面进行涂覆改性。通过接触角仪、法拉第筒、场发射扫描电子显微镜和X射线光电子能谱对碳纤维的表面性质进行了研究。测试结果表明,当处理剂的质量分数和吸附量分别为0.5%和3.5mg/g时,AEOPK可在纤维表面均匀分布,碳纤维在树脂基体中的分散性得到明显改善。分析了处理剂对碳纤维/环氧树脂复合材料弯曲性能的影响,发现经过涂覆处理后碳纤维/环氧树脂复合材料弯曲强度和模量较未处理的试样分别提高了3.11倍和1.90倍。研究表明,碳纤维界面间的润湿力和电荷斥力的增加,是其分散性和复合材料弯曲性能增强的主要原因。     

偶联剂处理镀镍碳纤维/环氧树脂界面特性

采用硅烷偶联剂KH560对镀镍碳纤维进行偶联处理.通过扫描电镜、红外光谱、接触角测量和单丝复合体系多次断裂法测试研究对比偶联处理前后碳纤维的表面形貌、结构、润湿性能以及纤维/树脂体系的界面状态和粘结性能.结果显示:偶联处理后,镍镀层表面平整,羟基等表面极性基团增加,表面涂覆的KH560膜层完整;镀镍碳纤维/树脂界面的浸润性得到改善;镀镍碳纤维/环氧树脂的界面处没有气泡产生,断点两侧的脱粘现象减轻;单丝饱和断点数由46增加到65;镀镍碳纤维/环氧树脂的界面剪切强度由(34.87±2.23) MPa提高到(72.51±3.77) MPa.     

偶联剂处理镀镍碳纤维/环氧树脂界面特性

采用硅烷偶联剂KH560对镀镍碳纤维进行偶联处理。通过扫描电镜、 红外光谱、 接触角测量和单丝复合体系多次断裂法测试研究对比偶联处理前后碳纤维的表面形貌、 结构、 润湿性能以及纤维/树脂体系的界面状态和粘结性能。结果显示: 偶联处理后, 镍镀层表面平整, 羟基等表面极性基团增加, 表面涂覆的KH560膜层完整; 镀镍碳纤维/树脂界面的浸润性得到改善; 镀镍碳纤维/环氧树脂的界面处没有气泡产生, 断点两侧的脱粘现象减轻; 单丝饱和断点数由46增加到65; 镀镍碳纤维/环氧树脂的界面剪切强度由(34.87±2.23)MPa提高到(72.51±3.77)MPa。     

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...     

偶联剂表面富集对高强玻纤复合材料界面和层间断裂韧性的影响

浸润剂是形成复合材料界面的关键组成，理解浸润剂特性对复合材料界面和宏观力学的影响机制，对发展高性能复合材料有着重要的科学价值。本文研究了采用两种不同浸润剂体系的高强玻璃纤维织物的表面、界面和层间断裂韧性等性能，发现其中一种浸润剂体系的纤维表面发生了更显著的偶联剂表面富集，偶联剂表面富集导致纤维/树脂之间具有较高的动态接触角，同时纤维/树脂的界面剪切强度下降。作为对比，偶联剂较少表面富集的浸润剂体系，纤维/树脂之间的动态接触角较小，同时界面剪切强度较高。两种复合材料的I型、II型层间断裂韧性均基于纤维/树脂之间的界面脱粘机制，较多偶联剂表面富集的浸润剂降低了复合材料的界面连续性，而较少偶联剂表面富集的浸润剂则与树脂形成了连续的界面相，界面粘结良好，并诱导了层间断裂时的织物拔出机制，I型和II型层间断裂韧性分别比前者高56.5%和62.2%。     

膜蒸馏脱盐用超疏水复合膜的研制

通过溶胶凝胶法和表面涂覆法,先后在PVDF中空纤维膜表面引入亲水SiO_2纳米粒子和低表面能PDMS涂层,构建具有高粗糙度、低表面能的超疏水复合膜,并探究SiO_2粒径、SiO_2溶液涂覆时间、PDMS涂覆时间等条件对复合膜性能的影响。SiO_2/PVDF复合膜接触角只有25.8°,而PDMS/SiO_2/PVDF复合膜接触角则达到162.3°,膜蒸馏通量约24.5 kg/(m~2·h);在60 h质量分数3.5%氯化钠盐溶液膜蒸馏测试中性能稳定,截留率始终保持在99.8%以上.     

乙烯基三乙氧基硅烷溶胶-凝胶涂层改善碳纤维的热稳定性及表面性能(英文)

以乙烯基三乙氧基硅烷作前驱体在碳纤维表面制备了溶胶-凝胶涂层。通过扫描电镜、能量分散谱仪以及热重分析对涂层进行表征。通过单纤维拉伸强度测试研究碳纤维的力学性能,采用动态接触角测定碳纤维的表面能。结果表明,溶胶-凝胶涂层改善了碳纤维的抗氧化性能和力学性能。与未涂层纤维相比,涂层碳纤维的起始氧化温度提高了100℃,单纤维拉伸强度提高了5.9%~12.1%,但是涂层脱落及表面裂纹导致碳纤维的拉伸强度随着氧化温度的升高而降低。另外,溶胶-凝胶涂层降低了碳纤维的表面能,使其具有较好的疏水性能。     

水性上浆剂对碳纤维表面及碳纤维/环氧树脂复合材料界面性能的影响

以4,4'-亚甲基双(异氰酸苯酯)(MDI)为扩链剂, 将Triton X-100(TX-100)引入到双酚A二缩水甘油醚(DGEBA) 中, 设计合成水性碳纤维上浆剂(DGEBA-MDI-TX-100), 并利用合成的水性上浆剂对碳纤维表面进行改性。在此基础上, 以环氧树脂为基体, 制备碳纤维/环氧树脂复合材料, 研究了水性上浆剂改性碳纤维对碳纤维表面性能及其复合材料界面性能的影响。结果表明:与未经处理的碳纤维相比, 经过上浆剂改性后的碳纤维润湿性能得到了较大的提高, 与环氧树脂的接触角下降了 9.1%;与环氧树脂复合后制备的复合材料的界面剪切强度提高了64.7%。      

碳纤维表面性能的研究

通过此表面、接触角、浸润性、表面能和表面基团的测定,本文较系统地研究了碳纤维表面性能。结果表明经处理后的碳纤维表面的浸润性、此表面、表面能与表面基团含量都增加。就浸润性而论,不论对环氧或水的接触角都随氧化处理时间增加而减少,浸润速度随氧化处理而上升,表面能随氧化处理而提高。特别是表面能中极性组份增加得较为显著,这与表面基团分折结果表明表面含氧极性基团随氧化时间增加而增加的结论是相一致的。另外表面基团含量化学分析的结果与XPS分析的结果基本上一致,因此可以用XPS表面基团分析来代替烦杂的化学分析方法。      

Droplet on a fiber: geometrical shape and contact angle

Summary This paper is concerned with the geometrical shape, wetting length, and contact angle of a microdroplet on a fiber by using the method free energy variation. The governing equation and relevant boundary conditions of the microdroplet were re-derived based on the free energy variation of the droplet/fiber system. The geometrical shape of the droplet was determined as the combination of Legendre's elliptical functions of the first and second kinds, corresponding to the previous results in literature [6]. For contact angle θ >15°, a novel efficient semi-analytic approach was proposed to extract the contact angle from experimental data. The given approach can be used as theoretical basis of determining surface tension of fluids based on a sessile drop on a fiber.     

Research on Surface Treatment of Magnesium Alloy and Its Wettability with Resin

After phosphatising disposal, the micro-morphology of the AZ31B sheet was observed. The contact angle of the sheet was measured. The surface energy of the sheet was calculated. The laminated sheet was prepared, with preliminary study of its performance. Results showed that the amount and grain size of phosphate were influenced by the phosphating process, as well as wettability of materials. After 30°C/5 min phosphating, a dense phosphating film consisting of zinc phosphate was obtained, and the advancing contact angle of magnesium alloy was 58.3°. Compared with 31.5?mN m^?1 of the raw magnesium alloy sheet, the surface energy of the sheet after phosphating reached 90?mN m^?1. The laminated sheet of fibre/resin–phosphated magnesium alloy–fibre/resin has good bonding interface, corrosion resistance and mechanical properties.     

动态毛吸法测定纤维及粉末料的接触角研究

本文用动态毛吸法研究了表面处理对纤维浸润性的影响,结果表明碳纤维及聚酯纤维表面经冷等离子体氧处理,浸润性有很大的改善,碳纤维约提高四倍,这是因为等离子氧表面处理过程,将含氧基团羧基,羟基及羰基等引入到表面所致。同时从测得的浸润过程表面自由能改变值△γ,计算出水对纤维的接触角,它与采用接触角测定仪倾斜法所测得的结果基本上一致。从所测得的接触角值也可以看出表面经处理之后,浸润性得以改善。如碳纤维由77°降为63°,聚酯纤维由77°降为52°。此外我们还研究了煤粉和玻璃粉体系对水的浸润性,发现水对玻璃粉的浸润性优于煤粉,前者的浸润接触角为47°、后者则为90°,此接触角值也与采用接触角测定仪由静滴法测得水对片材的接触角相一致。由此可见动态毛吸法可以用于研究纤维及粉末体系的浸润性,而且操作简单易行,测试周期短。      

炭纤维特性与炭纤维/环氧树脂界面断裂能关联分析

采用基于WND(Wagner-Nairn-Detassis)能量模型的单丝断裂法,测试了5种国产炭纤维、2种国外炭纤维与航空结构用环氧树脂复合体系的界面断裂能,通过SEM,AFM,IR以及XPS等手段分析了7种炭纤维的表面物理化学特性,并研究了炭纤维特性与界面断裂能的关联。结果表明:对于所研究的炭纤维/环氧树脂体系,去除炭纤维表面上浆剂后界面断裂能下降,说明上浆剂可以在一定程度上提高界面的韧性。此外,实验范围内,纤维拉伸强度较高时,测得的界面断裂能较高,炭纤维表面粗糙度较高时,测得界面断裂能较高,说明纤维拉伸性能和表面粗糙度对界面韧性有重要影响,而与这两种因素相比,上浆剂的种类影响相对较小。研究结果为高性能国产炭纤维的研发和炭纤维/树脂匹配性的评价提供了重要的实验数据。     

Interfacial properties and self-sensing of single carbon fiber reinforced CNT-phenolic nanocomposites using electro-micromechanical and wettability tests

Interfacial and other properties along with self-sensing were investigated for single carbon fiber/neat phenolic resins and carbon nanotube (CNT)-phenolic nanocomposites by electro-micromechanical and wettability tests. The apparent modulus was higher for samples with a single carbon fiber in CNT-phenolic nanocomposite than for samples with a single carbon fiber in neat phenolic resin, indicating better stress transfer. In water droplet contact angle measurements the contact angle increased form slightly less than 90° on neat phenolic resin to more than 90° on CNT-phenolic nanocomposites. This behavior was attributed to hydrophobic domains randomly distributed on the surface as a result of the heterogeneous microstructure of CNT. The work of adhesion between a single carbon fiber and CNT-phenolic nanocomposites was greater than for neat phenolic resin which is attributed to an increase in viscosity by adding CNT. Micro-failure patterns and interfacial adhesion between CNT-phenolic nanocomposites and single carbon fibers were consistent with these other results.     

碳纤维电泳沉积碳纳米管对界面性能的影响

采用碳纳米管电泳沉积到碳纤维表面,达到改性碳纤维复合材料界面性能的目的.将羧基化的碳纳米管在十六烷基三甲基溴化铵的分散作用下制备成不同浓度的水溶液,在电场作用下,将碳纳米管电泳沉积到碳纤维表面.通过扫描电子显微镜、X-射线光电子能谱以及动态接触角对处理前后的碳纤维的表面形貌、表面元素及浸润性进行表征.研究结果表明,经过电泳沉积碳纳米管后,碳纤维的表面粗糙度、表面极性官能团含量及表面能都有较大提高,纤维的浸润性得到提高.对复合材料的界面性能分析表明,复合材料的界面性能在经过处理后有很大提高,当碳纳米管的质量浓度为0.1%,界面剪切强度提高了72.93%.