电化学氧化表面处理提高粘胶基碳纤维的界面粘结性能

通过动力学的方法研究了电化学处理前后接触角的变化 ,并用其表征碳纤维表面润湿性能的改变 ;通过拔出实验测定电化学处理前后碳纤维与树脂之间粘结性能的变化。结果表明 ,电化学处理后 ,碳纤维表面的润湿性大大改善 ,碳纤维与树脂的粘结程度提高至原来的 14 0 %～ 160 % ;研究还发现 ,不同种类的电解质电化学处理后对碳纤维表面的润湿性及其拔出强度的影响不同 ,( NH4) 2 SO4处理的碳纤维的润湿性能和拔出强度最好 ,H2 SO4处理的润湿性较之 Na OH的好 ,但拔出强度却不如 Na OH处理的高。且拔出强度越高 ,其断裂的模式趋向于单剪切断裂 ,拔出强度降低 ,其断裂变为多剪切断裂甚至为粉碎性断裂。     

PAN基碳纤维阳极电解氧化表面处理的研究

借助XPS、力学分析、SEM扫描电镜、傅立叶红外光谱 ,较系统地考察了碳纤维表面组成与结构的变化及阳极氧化表面处理对碳纤维复合材料层间剪切强度的作用与影响。结果表明 :采用碳酸氢铵为电解质对碳纤维进行阳极电解氧化表面处理后 ,其复合材料的层间剪切断裂转变为以张力断裂形式为主 ;通过适当地增加碳纤维表面的羟基含量 ,提高活性碳原子数与非活性碳原子数比 ,可有效地改善碳纤维复合材料的使用性能 ,使碳纤维层间剪切强度提高 49% ,层间剪切强度达 85 .5MPa。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

碳纤维表面电化学处理的初步研究

采用NaOH溶液作为电解质,对碳纤维表面进行电化学阳极氧化处理。用化学分析法分析了碳纤维表面含氧官能团浓度的变化,借助于扫描电镜对碳纤维表面形态及SCFRER复合材料的剪切断口形貌进行了考察。     

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.     

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。     

碳纤维表面阳极氧化处理及对CFRP性能的影响

以NH_4HCO_3为电解质对碳纤维表面进行了连续阳极氧化处理。用正交试验方法确定了最佳处理工艺参数,研究了阳极氧化处理前后CFRP的层间剪切强度、抗拉强度、冲击强度的变化。并利用XPS、SEM对纤维表面组成及CFRP断口形貌进行了分析和观察。提出了阳极氧化作用机理和处理前后CFRP断裂模式的变化。     

纤维的表面处理对FRP-水泥砂浆体系抗弯性能的影响

本文利用3点弯来研究水泥砂浆外贴碳纤维和芳纶片材后的抗弯性能，并分别对两种纤维进行表面处理，探讨了纤维的表面处理对复合材料(FRP)水泥砂浆体系抗弯性能的影响．结果表明：用等离子体分别对碳纤维和芳纶进行表面处理，碳纤维复合材料(CFRP)和芳纶复合材料(AFRP)水泥砂浆的最大断裂载荷提高都十分显著，而且构件在受弯过程中没有发生剥离破坏，FRP被拉断，纤维高强的特点得到充分发挥．     

PAN基高模碳纤维阳极氧化的表面处理

采用阳极氧化法对PAN基高模碳纤维进行连续表面处理,重点研究了氧化电流密度对碳纤维宏观力学性能、表面形貌、表面酸性官能团以及碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层间剪切强度(ILSS)的影响。结果表明,电流密度对纤维力学性能、表面形貌影响不大;氧化后纤维表面总的酸性官能团显著提高,最大增幅达13倍左右;适当的处理条件可使CFRP的ILSS从28.4 MPa提高到80 MPa以上。     

热解沉积结合PAMAM接枝改性碳纤维表面

采用热解沉积结合聚酰胺-胺型树枝状高分子(PAMAM)接枝的改性方式对碳纤维进行表面处理,对比了碳纤维原丝(CFs)、只经热解沉积处理碳纤维(PD-CFs)和沉积结合接枝处理碳纤维(PD-PG-CFs)的表面形貌、表面元素组成和质量分数、与极性液体和非极性液体的接触角、表面自由能的变化;制备了不同处理条件下碳纤维/环氧微复合材料,与未处理的碳纤维原丝相比,经热解沉积处理的碳纤维/环氧复合材料的界面剪切强度(IFSS)提高了26.87%,而经沉积结合PAMAM接枝处理碳纤维/环氧复合材料的IFSS则提高了38.81%。通过纳米压痕测试定量的表征了复合材料中碳纤维、热解碳层和树脂基体3者的模量,结果表明,热解碳层的模量介于碳纤维和树脂之间,它所起到的过渡层效应是复合材料界面性能得到改善的重要原因。     

碳纤维的电化学氧化表面处理

本文综述了关于碳纤维电化学氧化表面处理的研究现状,碳纤维表面的化学表征,以及处理对碳纤维及其复合材料性能的影响;同时也总结了碳纤维表面处理对于提高碳纤维／树脂复合材料层间剪切强度的解释机理。     

CFRP复合材料层间剪切强度的单模态Weibull分布

本文使用经典的Weibull分布理论研究了表面处理对碳纤维增强环氧树脂复合材料(CFRP)层间剪切强度的影响,并用极大似然法对函数进行参数估计。分布函数在双对数坐标系中为直线,理论分析与实践结果发生偏离,这在某种程度上反映了最弱连接理论的局限性。碳纤维(CF)经表面处理后,CFRP的层间剪切强度提高约50％,Weibull模数增加一倍多,变异系数有所下降。     

碳纤维表面处理

本文主要综述了碳纤维表面性质及表面处理方法,通过表面处理能够达到提高碳纤维复合材料层间剪切强度的目的。     

碳纤维表面电化学氧化的研究

主要采用电化学氧化法对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维进行连续氧化处理,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和动态力学热分析(DMTA)对碳纤维表面处理效果进行了研究。SEM表面形貌研究结果表明,碳纤维经电化学氧化处理后,其表面的粗糙度和比表面积增大。XPS表面化学分析表明,经电化学氧化处理后的碳纤维表面羟基含量提高55％,活性碳原子数增加18％。DMTA谱图表明经电化学氧化处理的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)其玻璃化温度(Tg)提高5℃、损耗角正切(tanδ)较未处理的降低30％。定量计算出的界面黏结参数A和α与CHRP的层间剪切强度(ILSS)所反映的碳纤维与树脂间界面黏结效果是一致的。研究结果表明,采用适当的处理条件可使CFRP的ILSS提高20％以上。     

纤维表面处理对三维编织碳纤维增强尼龙性能的影响

分别考察了几种纤维表面处理方法对碳纤维表面和复合材料性能的影响。结果表明，纤维表面处理使碳纤维的表面更粗糙；经过处理后的碳纤维表面含氧量明显提高，改善了碳纤维与基体的浸润性；空气氧化处理方法的综合效果比较理想；γ射线辐照处理除冲击强度稍低于空气氧化处理外，其弯曲强度、弯曲弹性模量尤其是剪切强度均高于空气氧化法；空气氧化与偶联剂复合处理的复合材料剪切强度最高。