等离子体处理对国产高强碳纤维复合材料界面性能影响研究

在100W功率条件下,用氧等离子体对国产T800级碳纤维进行处理,通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱、单丝拉伸强度测试等方法对处理前后碳纤维表面物理化学特性进行表征,采用微脱粘方式研究了等离子体处理前后碳纤维环氧树脂复合材料界面的结合性能。结果表明：等离子体处理使碳纤维表面发生明显刻蚀,显著地提高了其表面化学活性;处理时间为3min时,碳纤维力学性能未发生降低,而其复合材料界面剪切强度值(IFSS)可达最高的88.61MPa,相比于未处理碳纤维复合材料而言,IFSS增幅为97.39%。     

表面氧化处理提高碳纤维增强树脂基复合材料力学性能的研究

碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced composites,CFRP)具有高强度比、高模量比、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳等一系列优异性能,是一类应用广泛的高性能复合材料.介绍了碳纤维几种主要的表面氧化处理方法及其不同处理工艺和条件对碳纤维表面性能以及CFRP力学性能的影响.     

表面处理对碳纤维增强聚乳酸材料界面性能的影响

制备了碳纤维增强聚乳酸（C／PLA）骨折内固定材料，对碳纤维进行了浓硝酸表面处理。测量了C／PLA复合材料的力学性能，并通过XPS分析了表面处理前后碳纤维表面官能团的变化。结果表明，在复合材料界面区发生了某种酯化反应，这是其界面粘结性能得到改善的根本原因。     

碳纤维γ射线辐照处理对其复合材料界面性能的影响

采用γ射线辐照方法对碳纤维（ＣＦ）进行改性,研究了辐照对ＣＦ增强复合材料层间剪切强度（ＩＬＳＳ）、ＣＦ复丝拉伸强度的影响,并使用Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）、扭辫分析、微脱粘测试等分析方法,对ＣＦ的表面化学组成和复合材料界面粘合强度进行了表征。结果表明,辐照使ＣＦ表面与环氧涂层发生了化学反应,复合材料界面粘合强度提高,ＩＬＳＳ增大,ＣＦ本体拉伸强度未发生变化。     

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。     

气相处理对碳纤维表面及其复合材料性能的影响

本文对气相表面处理碳纤维的新工艺进行了系统研究。处理后的碳纤维强度、模量不下降,且其表面能、表面化学官能团含量明显增加;表面微晶结构变小,与环氧树脂复合后,层间剪切强度(LLSS)提高47%左右。本文还对复合材料断口的形态结构进行了分析,说明这种表面处理方法能有效改善碳纤维增强环氧树脂复合材料(CFRP)的界面粘结。     

碳纤维表面处理及其对碳纤维/树脂界面影响的研究

碳纤维增强树脂/石墨复合材料是树脂/石墨双极板材料的一个主要研究内容,纤维与树脂间的界面结合是其中的关键问题.综述了碳纤维的氧化处理、偶联剂涂层处理和等离子体处理方法及各种处理方法对碳纤维/树脂界面的影响.对碳纤维的表面处理,可以提高碳纤维与树脂的界面粘接力,获得良好的界面层,达到对界面的优化处理.     

碳纤维复合材料高温界面性能研究进展

碳纤维复合材料以其强度高、耐腐蚀、质量轻、抗疲劳等优良特性被广泛应用于航空航天及国防军工领域。然而,航空航天用复合材料结构部件在高温、湿热环境中会发生界面损伤和失效。上浆剂是碳纤维复合材料界面相的重要组成部分,研制可以增强界面强度和耐高温的上浆剂对提高复合材料的热力学性能具有重要意义。文中从碳纤维表面上浆剂的角度出发,重点介绍了碳纤维复合材料界面特性、上浆剂的作用机理以及高温下复合材料界面的破坏机制。最后,针对环氧上浆剂耐热性差的缺点,阐述了碳纤维耐高温涂层改性和纳米粒子改性,重点介绍了聚酰亚胺、聚醚醚酮、生物活性多巴胺及氧化石墨烯、多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)纳米粒子等类型改性上浆剂的研究进展。指出发展环境友好型上浆剂和POSS纳米粒子改性将是下一步工作的重点。     

碳纤维的表面处理

本文综述了碳纤维的表面结构与性能 ,介绍了两种通用的碳纤维表面处理方法 :电化学氧化法和等离子氧化法 ;同时也总结了碳纤维表面处理对提高碳纤维 /树脂复合材料界面的粘接机理。     

电化学氧化对炭纤维界面性质的影响

对粘胶基炭纤维进行电化学氧化表面处理，对表面处理前后的炭纤维进行强力测试，分析表面处理条件对炭纤维强度的影响，通过测定炭纤维与几种浸润液的接触角，分析了电化学氧化表面处理对炭纤维浸润特性的影响，在电镜下观察表面处理前后炭纤维表面形貌的变化，并测其比表面积的变化，分析处理条件对其表面粗糙度的影响，通过炭纤维的拉曼散射，分析表面处理前后炭纤维表面微晶大小的变化，最后，对处理前后炭纤维的相关性能指标进行比较，分析其性能变化的机理及其性能变化对炭纤维复合材料界面粘结性能的影响。     

植物纤维/玄武岩纤维复合材料的界面作用机理

制备了植物纤维／玄武岩纤维复合材料。测定了复合浆料的Zeta电位。探讨了该复合材料的界面作用机理。植物纤维与玄武岩纤维之间的界面结合力为纤维之间的氢键结合力、纤维与助剂分子之间的氢键结合力、助剂大分子在纤维之间的“网络连接”作用力等。研究结果有助于设计、改进复合材料的性能。     

芳纶复合材料的界面粘结

为改善芳纶纤维增强树脂基复合材料中界面粘结强度,本研究用Mctowo.Takayanagi——化学处理法,对芳纶1414纤维进行表面处理.并依据红外光谱分析(IR),元素分析(E.A.),XPS能谱分析等近似估价芳纶1414纤维表面导入约88mol%接技率的E-51环氧化合物.用单纤维拉拔实验法直接测定芳纶1414纤维/环氧树脂基体体系的界面剪切强度.实验结果表明,芳纶1414纤维经表面环氧接技化处理后,可较明显地提高界面剪切强度而对纤维拉伸强度的降低较小.树脂基体性能对界面剪切强度的影响较显著.通过电子显微镜(SEM)观察被拔出纤维及树脂孔穴的破坏形貌,解析界面破坏机理.     

碳纤维含量对短碳纤维-铜复合材料性能的影响

用粉末冶金法制造了碳纤维分布均匀的碳纤维一铜复合材料,测定了复合材料的力学性能和物理性能,表明在碳纤维与铜基体之间存在界面结合,碳纤维含量对复合材料性能影响极大。     

碳纤维含量对短碳纤维－铜复合材料性能的影响

用粉末冶金法制造了碳纤维分布均匀的碳纤维一铜复合材料，测定了复合材料的力学性能和物理性能，表明在碳纤维与铜基体之间存在界面结合，碳纤维含量对复合材料性能影响极大。     

炭纤维物理性能对C/C复合材料氧化性能的影响

用相同牌号的T700炭布长纤维和炭毡短纤维交替叠层作为坯体，通过化学气相沉积（CVD）法生产二维C／C复合材料，尽管两种纤维具有很相近的结构和石墨化度，并经历相同的热处理过程，但同一C／C试样在随后的变温氧化和等温氧化过程中存在两个主要的氧化方向，一个是热解炭基体优先于炭布氧化，另一个是炭毡纤维优先于炭基体氧化。研究表明，两种纤维的物理性能（如表面积、孔径分布和总孔体积）有显著差别，即两种纤维的微孔结构和孔径分布有很大差别，从3－10nm，炭毡纤维的分布峰值比炭布纤维大得多，炭毡纤维的累积吸附孔体积的增长也比炭布纤维快，而且炭毡纤维的最大孔径比炭布纤维的大得多。正是这些因素使得炭布纤维比炭毡纤维具有更强的抗氧化性，导致了其抗氧化和氧化活性的明显不同。因此，即使炭布纤维和炭毡纤维具有相同的结构，并经过同样的热处理过程，在被用作坯体生产C／C复合材料前，应仔细考虑其物理性能。     

碳纤维/乙烯基酯树脂拉挤复合材料界面性能研究

对PAN基碳纤维在线热氧化表面处理,分析了处理前后碳纤维的表面形貌,通过拉挤成型工艺制备出碳纤维/乙烯基酯树脂复合材料。对拉挤复合材料的微观结构观察以及力学性能测试表明:碳纤维经表面处理后表面粗糙度增加,与乙烯基酯树脂的界面粘结性明显改善,复合材料的力学性能尤其是层间剪切强度得到显著提高。对不同界面性能的碳纤维复合材料进行动态热机械分析(DMTA),认为界面性能的改善可降低损耗模量,提高复合材料的耐疲劳性能。     

铁-巴基管复合材料的研究

采用直接熔化方法合成铁-巴基管复合材料,研究了复合材料淬火处理后的硬度及显微组织变化。实验结果表明:在适当的淬火工艺下,铁-巴基管复合材料硬度可达HRc65,而且比相同工艺下普通铁碳合金的硬度平均高出5～10HRc.显微组织分析发现淬火马氏体中有规则晶体外形的白亮相存在,波谱分析结果证明它们是贫铁相。差热分析结果表明直到1400℃的高温,巴基管没有相变。高分辨透射电镜观察到复合材料中弥散分布着巴基管,巴基管能在复合材料中稳定存在而起强化作用。     

通用级沥青基炭纤维的表面处理及增强ABS复合材料力学性能的研究

通过自制实验装置,以ＮＨ４ＮＯ３ 作为电解液,对短切通用级沥青基炭纤维进行阳极氧化表面处理。结果表明：处理后,纤维表面粗糙度和含氧官能团数目明显增大,有效地改善了ＣＦ／ＡＢＳ复合材料的界面粘结性。当处理条件为电解液浓度５ ％ ,电流强度０．８ Ａ,氧化时间１２０ ｓｅｃ时,ＣＦ／ＡＢＳ复合材料的力学性能达到最好。当ＣＦ含量为１２．８ Ｖ／％ 时,拉伸强度由４５ ＭＰａ 提高到６９ ＭＰａ,拉伸模量由０．７３ ＧＰａ 提高到１．６５ ＧＰａ,弯曲强度由９０．５ Ｍｐａ 提高到１１０．８ ＭＰａ,弯曲模量由２．６０ ＧＰａ提高到４．２１ ＧＰａ。并对处理前后沥青基炭纤维增强ＡＢＳ复合材料的机理进行了分析。     

基体改性对C/C复合材料性能影响的研究(一)

本文从C/C复合材料的基体入手,研究了基体沥青、焦炭中添加氧化物的工艺条件及其在复合材料中的作用.结果表明,添加氧化物对基体改性,不仅能提高C/C复合材料的高温抗氧化性,也能对其它性能带来很大影响.只要控制适当的工艺条件,就可以得到高性能的C/C复合材料.