电化学氧化处理对2D炭布叠层C／C复合材料弯曲性能的影响

采用电化学氧化法对炭纤维进行表面改性处理,利用扫描电子显微镜(SEM)对炭纤维表面改性效果进行了分析.研究结果表明,炭纤维经过适当的电化学氧化处理后,表面粗糙度和比表面积增大.采用热压烧结法制备了C/C复合材料,与未处理的炭纤维相比,用处理过的炭纤维制备的C/C复合材料抗弯强度提高了近一倍;氧化时间对C/C复合材料的抗弯强度影响最显著,其次是电解质浓度,电流密度的影响最小;不同处理条件对C/C复合材料的密度影响很小.     

电解氧化刻蚀提高抗拉强度的研究

用电解氧化刻蚀的方法，对通用级（类似T－300型）PAN基炭纤维进行处理。研究了电解电流密度、电解液浓度、电解处理时间对炭纤维抗拉强度的影响。结果表明：在优化工艺条件下，炭纤维的抗拉强度可由3.73GPa提高到5.21GPa。利用X射线粉末衍射、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、氮气吸附法等测定了处理前后炭纤维的微晶尺寸、表面官能团、表面形貌、比表面积和表面孔径的变化，探讨了电解氧化刻蚀提高炭纤维抗拉强度的机理。     

INFLUENCE OF SURFACE TREATMENT ON THE STRENGTH OF SHORT CARBON FIBER REINFORCED CARBON COMPOSITE

为了增强炭纤维的表面活性,提高炭纤维与基体炭的结合强度,用浓硝酸对炭纤维进行了表面氧化处理。考察了处理时间和处理温度对短炭纤维增强炭基复合材料（SCFRC）力学性能的影响;用扫描电子显微镜（SEM）对SCFRC的弯曲断面进行了观察。结果表明对炭纤维进行表面处理可以提高其与基体炭的结合强度,炭纤维与基体炭的结合强度以及SCFRC的抗弯强度均随着炭纤维氧化处理时间的增加和处理温度的升高而增大。     

炭纤维表面处理对短炭纤维增强炭基复合材料强度的影响

为了增强炭纤维的表面活性,提高炭纤维与基体炭的结合强度,用浓硝酸对炭纤维进行了表面氧化处理。考察了处理时间和处理温度对短炭纤维增强炭基复合材料（ＳＣＦＲＣ）力学性能的影响;用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）对ＳＣＦＲＣ的弯曲断面进行了观察。结果表明：对炭纤维进行表面处理可以提高其与基体炭的结合强度,炭纤维与基体炭的结合强度以及ＳＣＦＲＣ的抗弯强度均随着炭纤维氧化处理时间的增加和处理温度的升高而增大     

硝酸对HTA炭纤维表面形貌和力学性能的影响

为了提高炭纤维（CF）的表面性能和拉伸强度，用浓度为65％的HNO3对HTA炭纤维的表面进行不同时间的氧化处理。采用SEM观察炭纤维表面形貌的变化，用BET吸附研究比表面积和平均孔径的变化，并进行力学性能检测。结果表明：随着炭纤维表面氧化时间的延长，由于氧化刻蚀的不断加剧，炭纤维表面先粗糙后光滑，比表面积先增大后减小，拉伸强度先增大后减小，最后增加。当硝酸处理时间为15min时，炭纤维的表面性能和拉伸强度最好。     

气液双效法对碳纤维力学性能的影响

讨论了气液双效法表面处理对炭纤维力学性能，特别是对抗拉强度和断裂伸长的影响。证明气液双效法表面处理能明显提高炭纤维的抗拉强度的断裂伸长，其效果浸润涂层后炭纤维的增重量和气相氧化程度有关。对抗拉强度较低的炭纤维其补强效果更好。     

气液双效法对炭纤维力学性能的影响

讨论了气液双效法表面处理对炭纤维力学性能,特别是对抗拉强度和断裂伸长的影响。证明气液双效法表面处理能明显提高炭纤维的抗拉强度和断裂伸长、其效果与浸润涂层后炭纤维的增重量和气相氧化程度有关。对抗拉强度较低的炭纤维其补强效果更好。     

炭纤维表面臭氧氧化连续处理的研究

本文用正交设计法研究了臭氧气体对炭纤维表面的连续氧化处理的最佳工艺参数。实验结果表明:本法工艺简单,费用低廉,效果显著。同时,操作方便,处理时间短。该法无污染物产生,因而能用于工业生产。     

XPS在炭纤维表面研究中的应用

XPS是研究炭纤维表面元素组成及官能团种类的有力工具,对炭纤维表面进行不同深度的分析,能够深入了解炭纤维表面的氧化过程和氧化机制。化学改性方法的使用一定程度上弥补了XPS在定量方面的不足。通过与SIMS相结合,可以更有效地研究炭纤维表面元素与官能团的组成,以及炭纤维与树脂基体间的反应。     

炭纤维表面处理对其复合材料强度的影响

本文采用丙酮—次氯酸钠洗涤法对国产的PAN系炭纤维进行了表面氧化处理,得出了在不同条件下,纤维失重、纤维与基体的浸润性、复合材料的剪切强度及抗压强度的变化规律。结果表明,纤维的表面处理,将对其复合材料的力学性能带来很大的影响。     

短纤维层间增强碳纤维复合材料层板的力学研究

以斜纹3k T300碳纤维布、环氧树脂和0.3~0.5 mm短切碳纤维为主要实验原料,使用短切纤维铺放装置将短切碳纤维定量铺放在碳纤维布表面,并铺层得到5块层间短切纤维增强的预制体,每块预制体含8层碳纤维布且每块预制体层间短切碳纤维铺放面密度分别为5,10,20,30,40 g/m2,并增设一块层数为8层、层间不含短切纤维增强的预制体作为对照组。采用真空辅助树脂灌注成型方式浸渍预制体后高温固化,得到层间含不同面密度短切纤维的碳纤维复合材料层合板,研究了不同面密度短切纤维含量对碳纤维复合材料层合板拉伸、弯曲以及层间剪切强度的影响。研究结果表明,当短切碳纤维铺放面密度为5 g/m2时,复合材料层板的拉伸、弯曲强度最好,在5~40 g/m2范围内,复合材料层板的层间剪切强度随短切碳纤维铺放面密度的增大而增大。     

Preparation of a carbon nanotube/carbon fiber multi-scale reinforcement by grafting multi-walled carbon nanotubes onto the fibers

To prepare a carbon nanotube (CNT)/carbon fiber multi-scale reinforcement (MSR), multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) functionalized at the end caps with hexamethylene diamine (HMD) are grafted onto the surfaces of carbon fibers treated with acyl chloride. The surface element concentrations, surface functional groups and morphology of the MSR were examined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and scanning electron microscopy (SEM). XPS spectra indicate that sp² and sp³ carbon atoms are major components in the MSR surface, and the carbon fiber surface structure is not destroyed. There is 17.41% of C-NH_x in the surface of the MSR, which suggests that MWCNTs are covalently grafted onto carbon fiber surfaces. SEM shows that the grafted MWCNTs stick to the carbon fiber surface at different angles, and are uniformly distributed along the outer edges of the grooves in the fiber surface. The grafted MWCNTs are 50-200 nm in length and around 14 nm in diameter. It was found that the grafting increases the weight of carbon fiber by 1.2%, which implied that a considerable amount of MWCNTs were grafted onto carbon fiber surfaces.     

碳纤维结构的常用表征技术

本文结合近几年的研究报道,归纳了决定碳纤维性能及应用的两个方面内部体结构和表面结构的一些常用表征技术。碳纤维聚集态的表征主要通过X-射线衍射（广角、小角）、电子衍射;碳纤维形态结构特征常用透射电子显微镜;碳纤维表面结构的表征方法有扫描电子显微镜（SEM）,原子力显微镜（ArM）,扫描隧道显微镜（STM）以及扫描力显微镜（SFM）。其中,SEM能够看到整个纤维的表面形貌,而AFM、STM、SFM用于表面几个纳米到几百个纳米范围的形貌分析。此外,表面化学状态（表面成分、表面官能团）表征主要依靠X光电子能谱。     

碳纤维表面聚合物接枝改性的研究进展

碳纤维以轻质高强、耐热耐腐蚀、抗蠕变等优点成为十分重要的增强材料。但未经处理的碳纤维表面光滑、呈惰性、界面的粘结性差,需对其表面处理。聚合接枝改性具有不损坏基体、稳定性好且可以接枝特定聚合物等使它成为改性碳纤维的主要方法,详细综述了辐射接枝、光表面接枝、等离子接枝和化学接枝4种聚合接枝改性方法的研究与应用,并比较了它们的优缺点,为碳纤维表面改性研究提供了参考。     

镀银碳纤维布的制备及其毫米波RCS特性

采用化学镀方法在碳纤维布表面沉积了金属银层.测量了利用优化工艺制得的镀银碳纤维布的表面电阻,并采用冷热循环法对镀层结合强度进行了测试,应用雷达散射截面(RCS)测试系统对同样尺寸的镀银碳纤维布及未改性碳纤维布的毫米波波段RCS值进行了测试.结果表明:得到的镀银碳纤维布镀覆均匀、金属光泽强,有较强的导电性能.镀银碳纤维布在毫米波波段的RCS值较未改性碳纤维布有很大增幅,且与理论值相近.     

镀铜碳纤维布的制备及性能研究

为制备新型毫米波无源干扰材料,采用化学镀方法在碳纤维布表面沉积了金属铜层。测量了优化工艺条件下制得的镀铜碳纤维布的表面电阻,并采用冷热循环法检测了镀层的结合强度,应用雷达散射截面(RCS)测试系统测试了同样尺寸的镀铜碳纤维布及未改性碳纤维布的3mm波段RCS值。结果表明:镀铜碳纤维布镀覆均匀,金属光泽强,有良好的镀层结合强度及较强的导电性能。镀铜碳纤维布在3mm波段的RCS值较未改性碳纤维布有很大提高,且与理论计算值接近。     

碳纤维阳极构造对微生物燃料电池性能的影响

微生物燃料电池（MFCs）阳极性能受生物膜的影响,而生物膜则直接与阳极表面积有关。以不同长度和数量的碳纤维丝作为阳极,研究了阳极构造和表面积对MFC输出功率的影响。当阳极为单根长度为1 cm碳纤维丝时,MFC产生的最大功率密度最高,为10.50 W·m^-2,随着碳纤维丝长度逐渐增加（2～14 cm）,MFC产生的最大功率显著下降。以多根的长度为2 cm碳纤维丝构成阳极时,MFC的功率与根数（1～4 根）呈正比,当采用4根2 cm纤维丝时,MFC的最大功率密度为2.92 W·m^-2,该数值为单根8 cm碳纤维丝的2.78倍。观察碳纤维丝长度方向上的生物膜的分布表明：受碳纤维欧姆电阻的影响,在碳纤维丝电流引出端附近的生物量明显大于碳纤维其他地方,这说明：增加纤维丝长度虽可提高阳极的表面积,但并不能提高阳极的产电性能。     

碳纤维表面生长纳米管及其效果的研究进展

碳纤维表面生长碳纳米管(CNTs),将性能优异的纳米材料与碳纤维有机结合,能够增加碳纤维表面粗糙度,有效改善复合材料界面粘合性能,是一种新型碳纤维表面处理技术。本文对碳纤维表面生长碳纳米管的制备方法以及界面增效效果的国内外研究现状进行了综述,分析了不同制备方法的优缺点以及各自的增强效果,探讨了研究过程中存在的问题,展望了该方法的研究趋势和前景。     

Effect of Fiber Acid Treatment on the Dynamic Mechanical Properties of Unsaturated Polyester/Carbon Fiber Unidirectional Composites

In this study, the surface modification of carbon fiber by sulfuric acid is investigated. Atomic Force Microscopy was employed to capture the corresponding changes in the surface roughness of the carbon fiber. Moreover, using treated and untreated fibers, unsaturated polyester unidirectional composite rods were prepared and their flexural properties were determined by three-point bending and dynamic mechanical thermal analysis.

The results indicated that the carbon fiber surface roughness increases in all samples. It is also found that treating the fiber decreases the magnitude of loss modulus. Besides, the flexural strength of composites made of the treated carbon fiber significantly increased.     

The Effect of Arylboronic Acid Treatment of Carbon Fiber on the Mechanical and Tribological Properties of PA66 Composites

PA66 composites filled with surface-treated carbon fiber were prepared by twin-screw extruder in order to study the influence of carbon fiber surface arylboronic acid treatment on the mechanical and tribological behavior of the PA66 composites (CF/PA66). The mechanical property, friction and wear tests of the composites with untreated and treated carbon fiber were performed and the worn surface morphology was analyzed. The results show that the worn surface area of the treated carbon fiber was far smoother than that of the untreated carbon fiber and there formed a bonding adhesion on the carbon fiber surface after treatment. The tensile strength of CF/PA66 composites with surface arylboronic acid treatment was improved. The friction coefficient and wear of arylboronic acid treated CF/PA66 composites were apparently lower than that with untreated carbon fiber. In conclusion, the surface treatment favored the improvement of the higher interface strength and so had good effect on improving the tribological properties of the composites.