γ-射线辐照对碳纤维及其复合材料力学性能的影响

以60Coγ-射线为辐照源对碳纤维(CF)表面进行处理,利用扫描电子显微镜(SEM)观察经辐照处理后的碳纤维单丝表面及其与环氧树脂制备的复合材料试样的层间剪切断口;通过层间剪切强度比较了吸收剂量对其复合材料层间剪切强度(ILSS)的影响,并根据GB/T3362—1982标准比较了辐照前后碳纤维复丝拉伸强度的变化。结果表明:辐照处理后的碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面明显得到改善,在一定的吸收剂量范围内能够有效地提高复合材料的ILSS,但是过大的辐照剂量和接枝率不利于复合材料的界面改性;当辐照剂量小于250kGy时,碳纤维的复丝拉伸强度有所提高。     

γ-射线辐照碳纤维对其复合材料力学性能的影响

利用高能射线(60Coγ-射线)辐照接枝技术对碳纤维(CF)表面进行处理。对辐照处理前后的CF分别利用SEM观察其复合材料层间剪切断口;比较了吸收剂量对碳纤维增强环氧树脂复合材料层间剪切强度(ILSS)的影响。结果表明:辐照处理后的,碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面明显得到改善,辐照接枝技术在一定的剂量范围内能够有效地提高复合材料的ILSS,但是过大的辐照剂量和接枝率不利于复合材料的界面改性。     

超临界CO2对碳纤维环氧树脂的界面性能的改善

为提高碳纤维/环氧树脂复合材料的界面结合性能,采用超临界CO2对碳纤维表面进行处理.结果表明:在处理后碳纤维的单丝拉伸强度下降2.81％,碳纤维/环氧树脂界面剪切强度和层间剪切强度在处理后分别提高25.19％和17.11％.通过对碳纤维原子力显微镜(AFM)观察,经过处理的碳纤维表面粗糙度增加明显,同时对复合材料层间剪切断口端面用扫描电子显微镜(SEM)观察,经过超临界CO2处理后的碳纤维与环氧树脂的复合性能得到改善.     

高能辐照对国产芳纶纤维/环氧复合材料界面性能影响

芳纶纤维因其表面惰性、光滑使其与树脂浸润性差,界面结合强度低。以环氧氯丙烷为介质1,采用60Coγ-射线辐照方法对国产芳纶纤维进行表面改性,以界面剪切强度（IFSS）和层间剪切强度（ILSS）表征芳纶/环氧复合材料界面结合性能。结果表明在400kGy辐照剂量下改性效果最好;经高能辐照处理的芳纶纤维表面能升高,并失去了原有的光滑表面,且纤维表面氧含量有大幅度提高,使得纤维表面活性增大。     

氨气处理碳纤维 第II报 碳纤维表面和复合材料的性能

常压下,使碳纤维通过以氨气为气体介质的600℃热反应炉,反应停留时间为30s。采用三点短梁法和界面评价装置研究处理前后复合材料的层间剪切强度(ILSS)和界面剪切强度(IFSS),经氨气处理后二者分别提高了13.2%和32.1%。接触角测试结果表明:处理后碳纤维与水和环氧树脂的浸润性得到很大改善。采用扫描电子显微镜(SEM)研究处理前后碳纤维表面和复合材料断裂面形貌的变化,发现氨气处理对碳纤维表面形貌没有影响。力学性能测试数据表明,氨气处理不影响碳纤维的强度。     

碳纤维表面处理的新方法

碳纤维表现处理是为了改善表面形态结构和表面化学环境,提高表面能,强化与基体树脂两相界面之间的粘接,从而达到提高复合材料层间剪切强度（ILSS）的目的。     

聚丙烯腈基碳纤维用环氧树脂上浆剂的比较

用两种环氧树脂上浆剂对国产聚丙烯腈基碳纤维进行上浆,测试和比较了两种环氧树脂上浆剂对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维耐磨性、与水接触角、表面能等性能以及拉伸强度、伸长率、层间剪切强度(ILSS)等力学性能的影响。上浆剂中主体成分环氧树脂相对分子质量不是影响碳纤维层间剪切强度的决定性因素。     

臭氧改性碳纤维/聚酰亚胺复合材料的制备与性能研究

采用臭氧氧化的方法对碳纤维进行表面改性,并用作热塑性聚酰亚胺树脂的增强体。采用单丝拉伸试验、XPS研究臭氧处理时间对碳纤维单丝拉伸强度和表面官能团的影响。结果表明,臭氧处理时间越长,碳纤维力学性能的下降程度越大,而表面含氧官能团含量越多。优选单丝拉伸强度保留率较高、含氧官能团含量较丰富的碳纤维与热塑性聚酰亚胺制成复合材料,并评价其层间剪切强度(ILSS)。结果表明,臭氧处理5 min就可使碳纤维/聚酰亚胺复合材料的ILSS提升43%,说明臭氧处理可显著提升碳纤维/热塑性聚酰亚胺的界面性能。     

YSZ涂覆碳纤维/环氧复合材料性能的研究

采用溶胶-凝胶法在碳纤维的表面涂覆了一层钇稳定氧化锆(YSZ)涂层，并研究了用其制备的碳纤维／环氧复合材料的性能。结果表明：涂层中粒子的粒经约为10nm，YSZ涂覆后复合材料的层间剪切强度(ILSS)、拉伸强度和弯曲强度分别提高了52．0％、6．5％和6．3％；YSZ涂覆后的碳纤维与环氧树脂基体的结合更加紧密，且在碳纤维表面形成的YSZ涂层在450～700℃能有效地减缓碳纤维／环氧复合材料的氧化失重速率。     

臭氧处理对碳纤维表面及其复合材料性能的影响

利用X射线光电子能谱(XPS)研究了碳纤维经臭氧(O3)氧化处理后表面元素组成及表面官能团的变化，结果发现，O3表面处理主要增加了碳纤维表面上的羟基或醚基官能团；研究了表面O3氧化处理对复合材料力学性能的影响，结果表明，碳纤维经O3氧化处理后明显改善了碳纤维与环氧树脂间的界面粘结，其复合材料的层间剪切强度明显提高。     

γ-射线辐照对聚丙烯腈纤维结构和强度的影响

采用γ-射线辐照方法对在氮气介质中的聚丙烯腈纤维进行处理,探索辐照剂量对纤维单丝拉伸强度和复合材料界面性能的影响。研究结果表明：在辐照剂量10-1000kGy范围内,随着辐照剂量的增加纤维单丝拉伸强度逐渐降低,同时辐照使得复合材料的层间剪切强度降低。进而采用原子力显微镜（AFM）对纤维表面形貌进行观察,用红外光谱（FT-IR）表征纤维表面化学结构,用X射线衍射（XRD）分析结晶状态,用差示扫描量热仪（DSC）测定纤维的耐热性能。     

碳纤维的改性及其界面性能

采用化学接枝的方法对篮球鞋用碳纤维进行了表面改性处理,将柠檬酸接枝到碳纤维表面制备了碳纤维/环氧树脂复合材料,对比分析了改性前后碳纤维的表面形貌、界面剪切强度和层间剪切强度,并对断口形貌进行了观察。结果表明:经过柠檬酸改性后的碳纤维表面粗糙度明显增加,与树脂基体的结合力最强;碳纤维、氧化后的碳纤维、对苯二胺接枝的碳纤维、聚柠檬酸接枝的碳纤维和二次接枝对苯二胺的碳纤维的界面剪切强度分别为46.8,53.4,68.2,62.4,82.2 MPa,改性碳纤维的界面剪切强度都高于原始碳纤维,二次接枝对苯二胺的碳纤维的界面剪切强度最大;经过表面改性处理的碳纤维的层间剪切强度都有不同程度提高,且二次接枝对苯二胺的碳纤维的层间剪切强度最大。     

共辐照接枝处理芳纶纤维F3A表面

以环氧氯丙烷为接枝剂,通过高能射线共辐照法对国产芳纶纤维(AFs)进行表面处理,对比了辐照前后芳纶表面形貌、动态接触角、表面自由能及其本体结晶情况变化。用不同辐照剂量下处理的纤维(IAFs-200和IAFs-400)制备了芳纶/环氧(IAFs/ER)复合材料,与未处理纤维相比,共辐照处理的芳纶增强复合材料的界面剪切强度(IFSS)和层间剪切强度(ILSS)分别提高了51.56%和25.79%。辐照处理后纤维表面活性的稳定性良好。     

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%。     

碳纤维树脂基复合材料的制备及在景观设计中的应用

采用Hummers法制备氧化石墨烯，并通过上浆剂对碳纤维进行了表面修饰，制备不同处理方式的碳纤维增强环氧树脂基复合材料。结果表明：经过上浆处理后试样的后加工性能得到一定程度改善，而氧化石墨烯会在一定程度上增加碳纤维试样的粗糙度和硬挺度。经过不同处理后的碳纤维增强环氧树脂复合材料的层间剪切强度相对除浆碳纤维d-CF增强环氧树脂复合材料要大，且小尺寸氧化石墨烯上浆处理的碳纤维增强环氧树脂复合材料的层间剪切强度最大（47.50 MPa），其耐磨性为2 049次、毛丝量为4.9 mg、硬挺度为66 mm，适宜于在景观设计中应用。     

碳纤维增强树脂复合材料界面效应的研究

在一立方厘米的碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)中,碳纤维(CF)与树脂的接触界面高达4000平方厘米左右。两相界面间的粘结程度是决定层问剪切强度(ILSS)的主要因素。CF经表面处理后,可改善两相间的粘接,从而使ILSS得到显著提高。用扫描电镜研究剪切断面已证实了这点。     

TDE-85/AG-80环氧树脂基复合材料微观形貌与力学性能分析

选用两种耐高温多官能团环氧树脂TDE-5和AG-80为基体,T300碳纤维为增强体制备了复合材料单向板,纤维体积含量均为60％。实验测得TDE-85树脂基体复合材料单向板的弯曲模量为74．26GPa,弯曲强度为1061．4MPa,层间剪切强度（ILSS）为54．05MPa;AG-80树脂基体复合材料单向板弯曲模量为55．73GPa,弯曲强度为840．52MPa,层间剪切强度（ILSS）为44．84MPa。前者的弯曲强度、弯曲模量与剪切强度也分别高出后者26．3％、33．2％与20．5％。实验对弯曲试样断口微观形貌的受压部分和受拉部分进行了SEM和高倍数码显微镜观察。结果显示,AG-80树脂基与碳纤维的界面结合情况较差,纤维成束被拔出,纤维表面几乎没有树脂。TDE-85树脂基与碳纤维界面结合情况较好,纤维与树脂结合比较紧密,断面较为平整,只有少量纤维拔出,表面粘附大量树脂。     

碳纤维表面处理对层间剪切断裂形貌的影响

用气相氧化法对碳纤维进行表面处理，可使碳纤维复合材料（CFRP）的层间剪切强度（ILSS）提高40％－76％，这归因于纤维表面增加了化学官能团和比表面积，同时，由于碳纤维（CF）与基体之间粘接得到改善，使单向（UD）－CFRP的剪切断裂形貌变为拉剪，这可用扫描电子显微镜（SEM）观察剪断形貌得到证实。     

粗糙度对碳纤维/聚芳基乙炔复合材料界面性能的影响

采用二氧化碳超临界(scCO2)处理碳纤维(CF)表面的方法,研究了粗糙度对碳纤维/聚芳基乙炔(PAA)树脂复合材料界面性能的影响.处理前后的碳纤维通过XPS,AFM和表面能测量进行了表征.CF/PAA复合材料的界面力学性能通过层间剪切强度测试(ILSS)与断口形貌分析进行了评价.结果表明,scCO2处理前后碳纤维表面的化学组成基本上没有变化.随着碳纤维表面粗糙度的增加,CF/PAA复合材料的界面力学性能先增加后减小.其中粗糙度范围为30～45 nm的样品有最高的ILSS值,43.36MPa,比未处理的样品提高了44%.对复合材料的ILSS提高起主要作用的因素是碳纤维与PAA树脂的界面齿合作用.而齿合作用程度的不同主要是由于不同粗糙度而引起的碳纤维表面物理状态的不同.     

辐照改性PBO纤维/环氧树脂界面性能

通过纤维浸润试验、NOL环层间剪切试验和扫描电子显微镜(SEM)分析，PBO纤维经γ-射线辐照表面改性处理前后对纤维浸润性能及纤维／环氧树脂界面性能具有一定的影响。将试验结果与化学交联和等离子氧处理的结果进行了比较。结果表明，γ-射线辐照对PBO纤维表面的改性效果最好。经过辐照接枝改性的PBO纤维与环氧基体的NOL环层间剪切强度(ILSS)从10．2MPa提高到23．1MPa，提高幅度130％。