上浆剂对碳纤维表面性能的影响

通过对三种碳纤维的表面上浆剂的红外光谱、质量百分含量、厚度以及带有上浆剂和不带上浆剂碳纤维的接触角、微观形态和表面化元素种类及含量进行了测试,研究讨论了这三种碳纤维表面上浆剂对碳纤维表面性能的影响.实验结果表明,不同牌号的碳纤维,其表面上浆剂的质量百分含量和厚度均有所不同,但都有严格的控制;对于不同形态的碳纤维,一些上浆剂会改变其表面微观形貌;上浆剂还可以改变碳纤维表面的浸润性.     

几种碳纤维的表面状态表征与分析

使用扫描电镜、原子力显微镜与X射线光电子能谱仪,对T300,T700,T800,AS4四种碳纤维的表面进行物理与化学表征和分析。用扫描电镜观察得出T300,T800表面物理形态相近,T700表面较光滑但有絮状浆料,AS4表面极光滑且直径较大。原子力显微镜揭示了碳纤维更微观的形貌,T300与T800的形貌差别清晰可见。XPS定量分析技术表明,T300,T700,T800表面的活性基本相同,AS4则较差。纤维表面状态的这些差异体现在其复合材料的界面力学性能上。      

微旋管状碳纤维的微细构造和表面特性

采用ＣＶＤ法合成了结构类似于ＤＮＡ的高功能微旋管状碳纤维。考察了其微观形态、微细构造、,并研究其表面特性。微旋管状碳纤维和ＶＧＣＦ的成长机理完全不同,因此微细结构也完全不同。组成旋管的纤维从表面到芯完全被碳粒所充满,且几乎是非晶质的,该纤维的表面活性比勘察碳纤维高得多。     

激光对碳纤维及碳纤维/环氧树脂复合材料性能影响

采用高能激光束对聚丙烯腈（PAN）基碳纤维进行表面改性。利用SEM、EDS、FTIR、XRD、万能试验机等表征手段,对改性前后碳纤维微观形态、成分变化、物相结构、力学性能进行表征,系统地研究了激光束对碳纤维微观组织变化、性能变化等的影响规律,探索激光束对碳纤维的作用机制。结果表明,碳纤维经激光表面改性后,其表面的粗糙度和比表面积增加,碳纤维的浸润性得到提升,且激光束的功率越高、扫描速度越低,碳纤维浸润性越好。改性后的碳纤维化学成分、微观结构及官能团种类没有改变;改性后的碳纤维官能团种类没有改变,说明激光改性过程主要以物理过程为主;激光改性没有改变碳纤维的微观结构,改性后微晶尺寸略有减小,有利于改善碳纤维与环氧树脂的界面黏结性能。激光表面改性碳纤维/环氧树脂复合材料的拉伸强度和冲击强度均有不同程度的提高,当碳纤维质量分数为0.2wt%、激光改性功率为150 W时,碳纤维/环氧树脂复合材料的拉伸强度提高了59%,冲击强度提高了52%。     

碳纤维微观结构研究进展

碳纤维的性能取决于其结构,尤其是微观结构。从碳纤维的表面结构、皮芯结构、微孔结构以及微晶结构等几个方面较系统地总结了目前国内外在碳纤维微观结构方面的研究进展,同时探讨了碳纤维的微观结构与性能之间的关系,以期为碳纤维的相关研究提供参考。     

碳纤维微观结构研究进展

碳纤维的性能取决于其结构,尤其是微观结构。从碳纤维的表面结构、皮芯结构、微孔结构以及微晶结构等几个方面较系统地总结了目前国内外在碳纤维微观结构方面的研究进展,同时探讨了碳纤维的微观结构与性能之间的关系,以期为碳纤维的相关研究提供参考。     

碳纤维／PF尼龙复合材料性能及界面研究

制备了碳纤维／ＰＦ尼龙复合材料，采用Ｘ光电子能谱仪及化学滴定法定量分析了碳纤维表面的含氧状况，利用扫描电镜研究了碳纤维的表面形态及碳纤维／ＰＦ尼龙复合材料的界面形态，探讨了碳纤维表面形态和含氧量对复合材料力学性能和界面粘结状况的影响。结果表明，规整ＣＦ表面的羧基与ＰＦ尼龙分子中的胺基发生化学键合是复合材料具有良好力学性能及界面具有良好粘结的主要因素。     

CF／PEEK界面微观结构的研究

本文研究了聚醚醚酮(PEEK)在碳纤维表面形成的界面横晶层的微观结构。结果表明横晶具有与周围球晶相同的晶片结构,但横晶中晶片及其聚集体沿垂直于纤维轴向的方向取向排列。横晶的形成是由于纤维表面成核点很多,晶体只能沿一方向择优生长的结果。     

上浆剂对国产T700级碳纤维复合材料界面性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试方法表征了上浆/未上浆国产T700级(MT700)碳纤维的表面特性,并通过单丝断裂实验测试了单丝复合体系微观界面剪切强度(IFSS),在此基础上研究了碳纤维表面特性对单丝复合体系微观界面性能及其耐湿热性能的影响.研究表明:MT700碳纤维表面上浆剂改善了纤维/基体微观界面强度及其耐湿热性能;湿热环境对复合材料的微观界面性能影响显著,尤其是造成纤维/基体间的化学键合作用破坏,去湿后部分界面性能可恢复.     

XPS,AFM研究沥青基碳纤维电化学表面处理过程的机制

对各向同性沥青基碳纤维进行电化学氧化表面处理,用XPS,AFM分析了碳纤维表面含氧官能团和表面微观形貌的变化过程。实验结果表明:电化学氧化处理是表面碳及其含氧官能团逐步被氧化成羧基和CO₂的过程。氧化处理首先是使碳纤维表面变得更光滑,持续氧化后才会出现沟槽,SEM的分辨率不足以表征碳纤维电化学氧化前后的表面形貌变化,而采用AFM可在纳米尺度上表征碳纤维在电化学氧化过程中的表面形貌变化。AFM和XPS的结合可表征碳纤维电化学氧化表面处理的进程。     

碳纤维单丝强伸实验的影响因素

碳纤维的脆性与高强使其强伸实验有别于柔性纺织纤维,为了得到更精确的试验结果,对试验中易于导致误差或错误的影响因素:纤维的倾斜、弯曲和紧绷等;粘结点的位置与粘结有效性;同轴夹持以及曲线校正等作了探讨.同时,为便于对碳纤维断裂端结构的原位对应分析,必须真实地保留纤维断面,相关试验及对断面保留影响的分析给出了较为理想的方法.     

无环氧树脂基碳纤维束自监测功能

土木工程领域所用环氧树脂基碳纤维与工业化生产的碳纤维复合材料中的碳纤维存在状态有一定的差别, 即土木工程领域的环氧树脂基碳纤维束内部部分碳纤维实际常处于无环氧树脂基状态。对无环氧树脂基的碳纤维束的力-电性能进行了系统的试验研究, 试验结果表明, 无环氧树脂基碳纤维束的电阻变化率随应变增大而线性增加。对无环氧树脂基的碳纤维束的破坏过程进行了分析, 揭示了断裂碳纤维丝与非断裂碳纤维可能存在搭接和不搭接两种状态, 在单根碳纤维丝强度服从Weibull 概率分布的基础上, 建立了能够描述上述两种状态的变结构碳纤维束的力电本构关系模型。通过计算结果与试验结果的比较, 验证了所建立模型的正确性。      

A multiaxial criterion for notch high-cycle fatigue using a critical-point method

In the present paper, a high-cycle critical plane-based multaxial fatigue criterion, recently proposed by the first two authors to determine the fatigue strength of smooth components, is extended to notched ones by using the so-called point method. Accordingly, once the location of the ‘hot spot’ (crack initiation point) on the notch surface is determined, the orientation of the critical plane (where to perform fatigue strength assessment) is assumed to be correlated with some averaged principal stress directions in the hot spot itself. Some experimental results related to round bars with a surface circular notch (an artificially drilled surface hole) submitted to three types of cyclic loading (bending, torsion and combined in-phase bending and torsion) are compared with the theoretical predictions of the criterion herein proposed. The comparison, which is instrumental in highlighting the notch size-effect (as the hole diameter varies) under uniaxial and biaxial far-field stress conditions, appears to be quite satisfactory.     

Built-up edge reduction in drilling of AISI 1045 steel

In this study, a combined drilling method consists of ultrasonic-assisted drilling (UAD) under the presence of minimum quantity lubrication (MQL), is evaluated. Effect of this method on machinability factors is investigated by implementation of a dynamometer and a vision-measuring microscope. Then the results are compared with the values obtained in conventional drilling, and separately UAD and MQL-drilling. As a result, it was revealed that the output parameters were significantly improved when combined MQL–UAD method was exerted. In particular, built-up edge and drill skidding have almost been eliminated. Moreover, it was shown that increase of tool rake angle and producing broken chips caused thrust force and surface roughness to be reduced in UAD and UAD–MQL. In the combined strategy, burr-less hole has been achieved due to the formation of solid burr at the exit surface of drilled hole.     

Investigation on cutting mechanism in small diameter drilling for GFRP (thrust force and surface roughness at drilled hole wall)

This study describes the relation between the cutting force and the surface roughness of a drilled hole wall in small-diameter drilling of GFRP for a printed wiring board. In order to investigate the characteristics of small diameter drilling for GFRP, the surface of the drilled hole wall is observed by SEM, and the surface roughness along the feed direction is measured at various edge position angles of the drilled hole. The cutting force during drilling is measured. Moreover, the thrust force is devided into two components (the static component and the dynamic component). It is shown that the dynamic components are related with the surface roughness of the drilled hole wall. In conclusion, it is found that the major cutting edge of the drill is more influential in the quality of the drilled hole wall than the chisel edge of the drill in small diameter drilling of PWB.     

水下控制爆破辅助冲孔灌注桩成孔施工技术

桥梁桩基地层中如果分布有坚硬的孤石或者岩石层,给钻孔施工带来极大困难。对于已知坚硬岩石层采取开钻前钻孔爆破(预爆);对开钻后发现的冲击成孔特别困难的,采用孔内水下延时控制爆破;对于个别岩石块球体采用水下聚能爆破;对探头石采用水下裸露爆破。采取这些措施,使施工工效与安全性大为提高,解决了施工中的难题。     

水下控制爆破辅助冲孔灌注桩成孔施工技术

桥梁桩基地层中如果分布有坚硬的孤石或者岩石层,给钻孔施工带来极大困难。对于已知坚硬岩石层采取开钻前钻孔爆破(预爆);对开钻后发现的冲击成孔特别困难的,采用孔内水下延时控制爆破;对于个别岩石块球体采用水下聚能爆破;对探头石采用水下裸露爆破。采取这些措施,使施工工效与安全性大为提高,解决了施工中的难题。     

沥青基炭／炭复合材料的弯曲断裂特征

以1KPAN基高强度炭纤维为增强体、以调制中温煤沥青为基体前躯体,采用压力浸渍－炭化工艺制备出了不同密度二维沥青基炭／炭复合材料。经过对复合材料试样进行的弯曲试验表明,其弯曲断裂特征与材料密度具有密切的联系。根据弯曲强度－位移曲线,高密度复合材料表现为脆性断裂,而低密度复合材料表现为韧性断裂。从弯曲断面的SEM图片来看,脆性断裂时的断面比较平整,韧性断裂时断面上有大量炭纤维拔出。炭／炭复合材料的断裂破坏过程实质上就是基体裂纹在材料内的扩展过程,其扩展的途径与界面结合状况有关。裂纹沿界面的扩展将引起基体与纤维的脱粘,脱粘又导致纤维与基体之间的相对滑动,这种相对滑动将吸收相当一部分能量,从而可以延缓材料的断裂过程,起到韧化作用。     

不同形状中间相沥青炭纤维的横断面结构

在场发射扫描电子显微镜（ＦＥ－ＳＥＭ）下观察了圆形、中空、条形和Ｙ－形中间相沥青炭纤维的横断面结构,用流变学理论分析了纺丝过程中几种炭纤维结构的形成,提出中空纤维纺制时沥青流体的最大流速线在喷丝孔中心线的内侧,并根据中空炭纤维横断面的显微照片对此加以证实,用催化缩聚中间相沥青制备的条形炭纤维显示出的特殊弧形对称结构,起因于中间相沥青的流变性质和条形喷丝孔的形状设计,非圆形中间相沥青炭纤维趋向于以线     

利用染料吸附评价活性炭纤维结构的初步研究

研究了一系列不同结构的活性炭纤维对水溶液中碘、酚及亚甲基蓝、结晶紫、二甲酚橙的吸附特征。揭示了染料在活性炭纤维上吸附量的大小,明显受活性炭纤维孔宽的屏蔽作用（分子筛效应）的影响。初步提出可利用染料吸附特征与活性炭纤维的孔宽和染料分子的几何尺寸的相关性,简便地评价活性炭纤维的孔结构和液相吸附性能。