上浆剂对碳纤维复合材料界面结合影响的研究进展

简要介绍了各种热固性和热塑性上浆剂,重点是综述上浆剂对碳纤维复合材料界面性能的影响及其相关机理。上浆剂对碳纤维复合材料界面的影响依赖于在纤维表面的附着量,上浆剂对碳纤维/树脂界面的增强机理主要为,通过碳纤维表面附着的上浆层,提高与基体树脂间的相容性。     

磺化聚醚醚酮上浆剂的制备及其对碳纤维性能的影响

目的 制备一种热塑性上浆剂,以期改善碳纤维的表面性能以及单丝拉伸性能。方法 通过直接磺化法制备磺化聚醚醚酮水性上浆剂,并通过喷涂法对未上浆的T300碳纤维进行上浆处理,研究制得上浆剂的结构特征、性能以及其对碳纤维性能的影响。结果 制得磺化聚醚醚酮的磺化度约为74%,以此为主浆料配制的水性上浆剂具有良好的成膜性和储存稳定性。经上浆处理后,碳纤维表面形成了连续的磺化聚醚醚酮上浆层,表面官能团含量明显增加,树脂微滴在纤维表面的接触角降低。此外,上浆层可以弥补纤维表面的部分缺陷,使得上浆后碳纤维的单丝拉伸强度提高了5%。结论 磺化聚醚醚酮上浆剂可以有效改善碳纤维的表面性能及单丝拉伸性能。     

试样厚度对碳纤维复合材料拉伸力学性能的影响

本文对两种不同厚度的碳纤维复合材料进行了力学性能试验,并对其断裂过程及性能进行了对比分析。结果表明:厚度为1.40 mm的碳纤维复合材料比厚度为3.00 mm的碳纤维复合材料力学性能优越,其断裂后的纤维股比较细,纤维股完全发生断裂,贡献出其所有的应力;而厚度为3.00 mm的碳纤维复合材料断裂后的纤维股都比较粗,纤维辅层之间未能完全发挥到其极限应力。厚度为1.40 mm的碳纤维复合材料比厚度为3.00 mm的碳纤维复合材料的抗拉强度平均提高了65%;弹性模量提高了8.8%;延伸率提高了0.5%。     

上浆剂分子量对碳纤维表观性能及其界面性能影响研究

研究了不同分子量的上浆剂对碳纤维表观状态及其界面性能的影响,并采用了AFM,SEM等表面分析技术研究了上浆后碳纤维表面形貌.AFM,SEM证实了S-1表面没有小颗粒存在,沟槽较均匀,而S-2表面的沟槽较深,S-3表面的沟槽较浅,且表面都有小的颗粒.XPS证实了S-1表面含有O元素含量最高,表面极性官能团较多.上浆剂分子...     

上浆剂对国产T800级碳纤维增强热固性复合材料界面性能的影响

碳纤维具有力学性能优、密度低、耐腐蚀、耐高温等一系列优异性能,近年来被广泛应用于航空、航天等重要领域。相较于国外的高强中模碳纤维,国内虽有T800级碳纤维与之对应,但是国内对高性能碳纤维的研究工作起步晚,研究尚不充分。上浆剂作为碳纤维表面的重要组成部分,对碳纤维的表面性能有着重要的影响,进而影响复合材料的界面性能。本文采用SEM、TGA、XPS等表征手段,研究分析了上浆剂对国产T800级碳纤维的影响,对碳纤维的表面物化特性及其不同先进树脂基复合材料的微观界面性能进行研究,为国产高性能碳纤维的产品发展提供借鉴意义。     

不同上浆剂的国产碳纤维复合材料湿热性能研究

通过对表面包覆不同上浆剂的国产碳纤维制备的双马树脂基复合材料在71℃水浸前后的吸湿量、层间剪切性能、弯曲性能、破环模式以及破坏断口的SEM照片进行比较,研究了上浆剂对复合材料湿热性能的影响,同时与T300制备的同种树脂基复合材料的相关性能进行了比较.研究发现,不同性能的上浆剂对复合材料的湿热性能有明显影响,目前国产上浆剂的性能与T300表面上浆剂的水平还有些差距.     

硅溶胶改性处理对碳纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的影响

用溶胶-凝胶法制备硅溶胶对碳纤维进行表面改性,观测了环氧树脂液滴在单向排列碳纤维集束表面的铺展过程;以环氧树脂为基体制备单向排列的碳纤维/环氧树脂复合材料,研究了硅溶胶改性处理碳纤维对其拉伸性能的影响。结果表明:碳纤维经过硅溶胶改性处理后,Si—o—Si,-NH₂等极性官能团的引入改善了环氧树脂对其的浸润性能,从而改善了碳纤维与环氧树脂间的界面粘结性能,使碳纤维/环氧树脂复合材料的横向拉伸强度显著改善,但纵向拉伸强度影响不大;与未经过表面处理的复合材料相比,经过硅溶胶改性处理的碳纤维/环氧树脂复合材料其横向拉伸强度提高了62.74%;与用硝酸处理的碳纤维制备的复合材料相比,用硝酸处理后再用硅溶胶处理的碳纤维所制备的复合材料,其横向拉伸强度提高了35.27%。     

上浆剂对国产碳纤维复合材料界面性能的影响

为了研究两种不同上浆剂和湿热环境对国产300级碳纤维/环氧树脂体系微观界面性能的影响,采用单丝断裂法,测试分析了去浆前后碳纤维单丝复合体系在自然干态、湿热处理3 d及湿热处理6 d的状态下微观界面剪切应力的变化.结合对扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)及X射线光电子能谱(XPS)等测试结果的分析,研究了碳纤维上浆剂对微观界面性能及其界面耐湿热性能的影响.结果表明:去浆前后A300碳纤维表面均有明显沟槽;上浆剂1并未使A300碳纤维表面粗糙度有明显变化,但上浆剂2使A300碳纤维表面粗糙度减小,而两种上浆剂均使A300碳纤维表面含氧极性官能团含量减少.两种上浆剂对制备的复合材料界面性能和耐湿热性能都有较大的提高,其中上浆剂1在自然干态下对界面性能的提高更明显.     

石墨烯改性环氧树脂/碳纤维复合材料拉伸性能的研究

通过H2SO4/HNO3混酸酸化石墨烯,并用硅烷偶联剂KH-560接枝酸化的石墨烯,然后将处理好的石墨烯均匀的分散在环氧树脂中,制备高性能的环氧树脂/碳纤维复合材料。通过红外光谱(FTIR)、热失重(TG)、透射电子显微镜(TEM)等分析方法对处理的石墨烯的表面官能团及表面形貌进行表征,用DCW-7拉伸试验机对所制得的复合材料进行测量。结果表明:酸化的石墨烯表面成功地接枝上了一定量的硅烷偶联剂KH-560,在树脂体系中添加2%的硅烷偶联剂KH-560处理的石墨烯的复合材料的拉伸强度提高了10.7%,断裂强力提高了10.4%。     

上浆剂含量对碳纤维性能的影响

以国产聚丙烯腈(PAN)基高强中模碳纤维(QZ5526)为研究对象,采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、万能材料试验机、纱线耐磨仪等表征手段分析比较了上浆量分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%的碳纤维表面物理结构和化学特性,结合耐磨性、悬垂性、表面能以及拉伸强度、层间剪切强度(ILSS)等力学性能实验,探讨了上浆量对国产高强中模碳纤维表面形貌、后加工性能及复合材料界面性能的影响。结果表明：上浆剂含量对纤维的表面粗糙度、化学活性、耐磨性、力学性能和层间剪切性能等影响显著,适宜的上浆量(1.5%左右)有助于改善碳纤维表面性能以及与树脂基体的界面结合能。     

电热载荷对碳纤维复丝拉伸性能的影响

由于复合材料具有组成多元、各向异性等特点,电热载荷作用下碳纤维复合材料内部的响应行为十分复杂。为了研究碳纤维复合材料的电热响应,首先采用自制电热损伤试验平台,测试了不同电流强度下碳纤维复丝试样的表面温度分布,获得了碳纤维复丝电阻随温度的变化规律,初步揭示了碳纤维复丝具有温敏效应。然后,考察了不同电流处理条件下碳纤维复丝拉伸强度、断裂伸长率和拉伸模量的变化规律,并运用SEM和FTIR对电流处理前后材料的形貌和微观结构变化进行了分析。研究结果表明:纤维在通电过程中的产热效应促进了基体的进一步固化,同时提高了复丝界面的粘结性能;然而,当电流强度过大时,复丝的拉伸强度会因纤维本体的损伤或基体及界面层的烧蚀破坏而降低,从而降低了碳纤维复合材料的性能。      

PEEK复合材料用碳纤维上浆剂研究进展EI北大核心CSCD

热塑性聚醚醚酮(PEEK)复合材料具有优异的断裂韧性、抗冲击性能、耐疲劳性能,广泛应用于航空航天领域。上浆剂作为碳纤维的核心配套产品,对复合材料界面有重要影响。受分解温度限制,传统热固性碳纤维上浆剂难以满足PEEK复合材料使用,制约高性能PEEK复合材料的研制和应用,因此研制匹配PEEK复合材料的碳纤维上浆剂具有重要意义。本文分析了PEEK复合材料界面特性及上浆剂作用机理;重点介绍了改性PEEK、聚酰亚胺前驱体、聚醚酰亚胺等类型上浆剂的研究进展和成果,并对不同体系上浆剂进行分析总结;最后对PEEK复合材料用碳纤维上浆剂的研制提出建议,对上浆剂绿色环保多功能化趋势进行了展望。     

水性上浆剂对碳纤维表面及碳纤维/环氧树脂复合材料界面性能的影响

以4,4'-亚甲基双(异氰酸苯酯)(MDI)为扩链剂, 将Triton X-100(TX-100)引入到双酚A二缩水甘油醚(DGEBA) 中, 设计合成水性碳纤维上浆剂(DGEBA-MDI-TX-100), 并利用合成的水性上浆剂对碳纤维表面进行改性。在此基础上, 以环氧树脂为基体, 制备碳纤维/环氧树脂复合材料, 研究了水性上浆剂改性碳纤维对碳纤维表面性能及其复合材料界面性能的影响。结果表明:与未经处理的碳纤维相比, 经过上浆剂改性后的碳纤维润湿性能得到了较大的提高, 与环氧树脂的接触角下降了 9.1%;与环氧树脂复合后制备的复合材料的界面剪切强度提高了64.7%。      

碳纤维-玻璃纤维层内混杂单向增强环氧树脂复合材料拉伸性能

采用不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维层内经向混编单轴向织物制备了混杂纤维增强环氧树脂复合材料, 研究了不同混杂结构和不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的变化及破坏形式。0°拉伸结果表明:同种混杂织物的不同混杂结构中, 碳纤维相对集中的完全对齐结构强度最高, 不同混杂比织物的完全对齐结构强度相当;碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的模量遵循混合定律。90°拉伸结果表明:纤维与树脂间的界面结合强度为碳纤维/树脂>玻璃纤维/树脂, 碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的强度、模量与材料厚度方向上界面的不同形式(单一或交替界面、碳纤维或玻璃纤维的分布位置等)有关, 与碳纤维的含量基本无关。      

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.     

碳纤维水性杂化上浆剂的制备及其上浆后力学性能

以一定比例的甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、对甲苯磺酸、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、无水乙醇制备含硅溶胶,将含硅溶胶和聚醚型水性聚氨酯的水溶液以一定比例复合,制备碳纤维水性杂化上浆剂。研究了不同配比对上浆剂平均粒径和稳定性的影响,结果表明:当水性聚氨酯含量为0.02g/mL时,上浆剂乳液平均粒径为99.94nm,粒径分布较窄,稳定性较好;使用制备的杂化上浆剂对碳纤维进行上浆处理,结果显示:上浆后碳纤维单丝拉伸强度较商用碳纤维提高4.45%,较未上浆碳纤维提高11.04%;与环氧树脂复合后的复合材料界面剪切强度比商用碳纤维增强环氧树脂复合材料的提高了13.74%。     

碳纤维增强油井水泥石的力学性能

油井水泥石在井下易脆裂,造成油井层间封隔失效,进而影响油井开采。为了解决这一问题,需要对水泥石进行降脆增韧。首先,考察了甲基纤维素和羧甲基纤维素对碳纤维的分散效果;然后,研究了碳纤维对油井水泥石抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度的影响,并模拟井下环境测试了水泥石单轴和三轴应力-应变曲线;最后,使用扫描电子显微镜对碳纤维增强水泥石的微观形貌进行观察,探讨碳纤维对水泥石的增韧机制。结果表明:0.2wt%的羧甲基纤维素溶液可有效分散碳纤维;养护28d后,0.3wt%碳纤维增强水泥石的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度较纯水泥石的分别提高8.6%、31.5%和52.4%,三轴直接加载条件下,其弹性模量较纯水泥石的低49.5%;经过分散的碳纤维在水泥石中乱向分布,形成三维网络结构,通过桥联、剥离及拔出耗能作用增强水泥石。研究结果为解决油井水泥石易脆裂的问题提供了理论参考。     

碳纳米管-碳纤维/水泥基材料微观结构和热电性能

研究了碳纳米管-碳纤维/水泥基材料的微观结构以及碳纳米管-碳纤维/水泥基材料升温与降温过程中的热电性能。实验结果表明,当水泥基材料中碳纳米管掺量较低时(碳纳米管掺量占水泥质量百分比不高于0.5%),碳纳米管能有效改善水泥基体性能,密实基体结构。在碳纤维水泥基材料中掺入碳纳米管能有效提高和改善复合材料热电性能;当碳纳米管掺量为水泥质量0.5%,水泥基材料热电势率最多能提高260%,达到22.6μV/℃。与此同时,碳纳米管掺入能增强热电效应中温差电动势与温差关系的线性规律和可逆性规律。     

碳纤维/环氧树脂复合材料动态拉伸试验研究与损伤分析

利用MTS试验机和分离式Hopkinson拉杆对2种碳纤维/环氧树脂(T300/epoxy)层合板试件[(45/-45)₄]_S和[(0/45/90/-45)₂]_S进行了准静态(应变率10-5~10-4 s-1)、中速(应变率10-1~101 s-1)和高速(应变率102~104 s-1)冲击拉伸试验。在热力学框架内建立了基于损伤能释放率的弹塑性动力损伤本构模型,用该损伤模型来分析试件的动态拉伸失效过程。模型中提出了3种基本损伤机制(纤维断裂、基体开裂及面内剪切)的演化规律,通过对损伤阈值黏性归一化的方法考虑了应变率对损伤演化的影响。编写了该模型有限元用户材料子程序,并模拟了拉伸试验过程,计算结果表明该模型能够较好地模拟碳纤维/环氧树脂层合板动态拉伸失效过程。     

碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料的制备及性能研究

柔性超级电容器作为一种储能器件,具有功率密度高、充电时间短、循环寿命长、比电容高等优点,可满足可穿戴器件的需求,而柔性电极材料是决定柔性超级电容器发展的关键因素,它决定着电容器的主要性能指标。采用混纺的方法制备了碳纤维含量为20%(质量分数)的碳纤维/棉纤维混纺纱线,然后通过电化学沉积法在碳纤维/棉纤维混纺纱线上生长聚吡咯颗粒,成功制备了20%(质量分数)碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料。利用扫描电子显微镜、拉曼光谱分析仪和电化学工作站研究了复合材料的形貌、聚吡咯沉积情况以及复合材料的电容性能。结果表明,20%(质量分数)碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料中,聚吡咯颗粒直径为30~60 nm,且沉积均匀,化学活性较高;在1.02 mA/cm^2电流密度下,复合材料的最大比电容达到1.28 F/cm^2,其高比电容归因于电极的独特结构;复合材料具有良好的柔韧性、机械稳定性和充放电循环寿命,其经过6000次弯曲循环后,电容保持率仍有80%以上,可以用作柔性可穿戴超级电容器的电极材料。