偶联剂处理镀镍碳纤维/环氧树脂界面特性

采用硅烷偶联剂KH560对镀镍碳纤维进行偶联处理.通过扫描电镜、红外光谱、接触角测量和单丝复合体系多次断裂法测试研究对比偶联处理前后碳纤维的表面形貌、结构、润湿性能以及纤维/树脂体系的界面状态和粘结性能.结果显示:偶联处理后,镍镀层表面平整,羟基等表面极性基团增加,表面涂覆的KH560膜层完整;镀镍碳纤维/树脂界面的浸润性得到改善;镀镍碳纤维/环氧树脂的界面处没有气泡产生,断点两侧的脱粘现象减轻;单丝饱和断点数由46增加到65;镀镍碳纤维/环氧树脂的界面剪切强度由(34.87±2.23) MPa提高到(72.51±3.77) MPa.     

炭纤维特性与炭纤维/环氧树脂界面断裂能关联分析

采用基于WND(Wagner-Nairn-Detassis)能量模型的单丝断裂法,测试了5种国产炭纤维、2种国外炭纤维与航空结构用环氧树脂复合体系的界面断裂能,通过SEM,AFM,IR以及XPS等手段分析了7种炭纤维的表面物理化学特性,并研究了炭纤维特性与界面断裂能的关联。结果表明:对于所研究的炭纤维/环氧树脂体系,去除炭纤维表面上浆剂后界面断裂能下降,说明上浆剂可以在一定程度上提高界面的韧性。此外,实验范围内,纤维拉伸强度较高时,测得的界面断裂能较高,炭纤维表面粗糙度较高时,测得界面断裂能较高,说明纤维拉伸性能和表面粗糙度对界面韧性有重要影响,而与这两种因素相比,上浆剂的种类影响相对较小。研究结果为高性能国产炭纤维的研发和炭纤维/树脂匹配性的评价提供了重要的实验数据。     

弱电流对碳纤维/环氧树脂界面黏结性能的影响

针对碳纤维/环氧树脂体系,设计了在碳纤维单丝复合体系加载弱电流的方法,并通过单丝断裂实验,研究了弱电流对两种碳纤维/环氧树脂界面黏结性能的影响。结果表明:在0.60~0.67mA直流电加载一定时间后,T300B和T700SC碳纤维体系的界面黏结强度均下降,界面载荷传递效率降低,随着电流加载时间的延长,降低程度变化不明显;T300B碳纤维体系界面性能对弱电流的敏感性更高,可能与两种碳纤维的表面特性不同有关;通过对不同固化度试样加载弱电流后的界面性能进行分析,认为碳纤维/环氧树脂界面性能受弱电流影响的机理与界面区应力状态改变以及导电产生的焦耳热效应有关。     

单丝断裂双树脂法研究碳纤维/环氧树脂界面粘结性能

建立了单丝断裂双树脂体系法,利用外层树脂的韧性使包埋于内层脆性树脂中的纤维单丝断裂达到饱和,解决了断裂伸长率较低的树脂基体采用传统的单丝断裂法无法测得界面剪切强度的问题.分别采用界面剪切强度和界面断裂能作为表征参量,考察了干态及湿热条件下两种T300级和两种T800级碳纤维/环氧树脂的界面性能,并与单丝断裂单树脂体系的界面性能进行比较.结果表明:单丝断裂双树脂体系与单树脂体系在表征碳纤维/环氧树脂的界面性能上定性规律一致;双树脂体系界面断裂能和界面剪切强度均可评价界面的耐湿热性能,且二者得到的变化规律一致;湿热处理后界面粘结性能均呈下降趋势,国外碳纤维体系的界面耐湿热性能明显优于国产碳纤维体系.     

单丝断裂双树脂法研究碳纤维/环氧树脂界面粘结性能

建立了单丝断裂双树脂体系法, 利用外层树脂的韧性使包埋于内层脆性树脂中的纤维单丝断裂达到饱和, 解决了断裂伸长率较低的树脂基体采用传统的单丝断裂法无法测得界面剪切强度的问题。分别采用界面剪切强度和界面断裂能作为表征参量, 考察了干态及湿热条件下两种T300级和两种T800级碳纤维/环氧树脂的界面性能, 并与单丝断裂单树脂体系的界面性能进行比较。结果表明: 单丝断裂双树脂体系与单树脂体系在表征碳纤维/环氧树脂的界面性能上定性规律一致; 双树脂体系界面断裂能和界面剪切强度均可评价界面的耐湿热性能, 且二者得到的变化规律一致; 湿热处理后界面粘结性能均呈下降趋势, 国外碳纤维体系的界面耐湿热性能明显优于国产碳纤维体系。     

碳纳米管浸润剂对碳纤维/环氧树脂界面性能的影响

制备了含碳纳米管(CNTs)的水溶液, 将该水溶液作为浸润剂浸渍碳纤维并进行烘干, 采用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)研究了CNTs含量及浸润工艺对碳纤维表面CNTs分布的影响, 运用单丝断裂法分析了CNTs浸润剂处理对碳纤维/环氧树脂界面粘结性能的影响和作用机制。结果表明: CNTs可在T700和T300纤维表面黏附, 浸润剂中CNTs含量越高, CNTs在纤维表面含量越高; 对于CNTs含量较低的浸润剂, 采用增加浸润次数的方法, 能有效提高碳纤维表面CNTs的含量和碳纤维表面粗糙度; 经过CNTs浸润剂处理后, 碳纤维/树脂界面处的机械啮合作用增强, 界面粘结强度明显提高, 增幅最高达35.8%。     

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.     

电热作用对碳纤维/树脂复合材料界面应力的影响电热作用对碳纤维/树脂复合材料界面应力的影响

碳纤维/树脂复合材料广泛应用于民用航空器结构中,在服役期间会受到复杂环境（湿热、腐蚀、复杂应力和电热作用等）的作用,低强度电流对碳纤维/树脂复合材料的影响受到的关注较少。以碳纤维/树脂复合材料为研究对象,根据碳纤维的温敏效应和通电时的电阻变化规律,计算出碳纤维单丝/环氧树脂复合试样的界面温度范围,之后采用拉曼光谱测试和单丝断裂实验研究了低强度电流对单丝复合体系界面应力和界面剪切强度的影响。结果表明:随着电流强度的提高,单丝复合体系的界面温度随之升高,电流为8 mA时,界面温度高达约200℃。随着电流强度的增大,单丝复合体系的界面压缩应力表现为先增大后减小的趋势,电流高于7 mA后,界面处树脂出现烧蚀降解破坏;单丝断裂实验结果表明随着电流强度增大,单丝复合体系的界面剪切强度呈现先升后降的趋势,在6 mA时界面剪切强度达到最大值62.39 MPa,而8 mA时界面剪切强度仅为34.95 MPa。      

硅溶胶改性碳纤维对碳纤维/环氧树脂复合材料界面性能影响

以硅烷偶联剂和正硅酸乙酯(TEOS)为前躯体, 以固体酸-对甲苯磺酸为催化剂制备硅溶胶, 利用硅溶胶对碳纤维进行表面改性后, 以环氧树脂为基体, 制备碳纤维增强环氧树脂复合材料。利用SEM、 TEM、 万能试验机、 偏光显微镜等对表面改性前后的碳纤维形态、 力学性能及碳纤维/环氧树脂复合材料的界面性能进行表征, 研究了硅溶胶改性碳纤维对其复合材料界面性能影响。结果表明, 硅溶胶处理碳纤维后, 在碳纤维表面原位生成具有膜-粒结构的表面层, 改性后碳纤维的强度由2.41 GPa提高到3.00 GPa, 界面性能也得到了明显改善, 界面剪切强度(IFSS)提高了51.41%。     

NBR-PF-TDI-ATH的表面性质及其与PVC的界面特性

采用表面原位化学组合改性的方法,在Al(OH)3(ATH)表面顺序经原位化学反应结合上甲苯二异氰酸酯(TDI)、烷基酚醛树脂(PF)、丁腈橡胶(NBR)等界面改性剂。通过接触角测量、表面张力及其与PVC界面张力的计算结果表明,TDI、PF、NBR依次在ATH表面成功地形成了极性由大到小、逐步过渡的多层改性层,ATH表面极性随着改性层数的增加而逐步减小。与未改性的ATH相比,改性ATH的表面极性减小,其表面张力及其与PVC的界面张力均明显下降,填充PVC复合材料的力学性能提高。界面特征的理论计算表明,其脆韧转变符合逾渗模型。本方法对ATH的处理效果胜过偶联剂。     

碳纤维与环氧树脂润湿和黏附作用

对比分析了不同类型碳纤维与环氧树脂的接触角的变化规律, 并利用Young-Dupre法和Wu法, 分析了黏附功随温度的变化规律, 以及树脂固化对纤维/树脂润湿、黏附作用的影响。结果表明: 升高温度有利于T300、CCF、T700纤维和环氧AG80树脂的润湿, 去除纤维表面上浆剂后其表面能极性分量下降, 与AG80树脂的润湿和黏附性能变差; 在树脂体系未发生化学反应前, AG80/DDS树脂体系比AG80纯树脂与T700纤维的润湿性能好, 黏附性能差; 110 ℃恒温条件下随固化时间延长, AG80/DDS和E51/DDS树脂体系与T700纤维的浸润和黏附性能均改善。      

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.     

单丝断裂能量法研究温度对碳纤维/环氧界面性能的影响

针对两种不同上浆剂碳纤维/高温固化环氧树脂体系, 采用基于WND(Wagner-Nairn-Detassis)能量模型的单丝断裂法, 测试分析了从室温到130 ℃范围内单丝复合体系界面断裂能的变化规律, 研究了碳纤维上浆剂对界面耐热性能的影响, 并结合复合材料层板的短梁剪切性能, 分析了微观和宏观界面性能的关联性。结果表明: 在测试温度范围内, 碳纤维/环氧体系的界面断裂能随温度升高呈先下降而后基本不变的趋势, 去除上浆剂后界面断裂能及其随温度的变化程度与未去除上浆剂的情况存在差异, 说明上浆剂对界面耐热性有重要作用。碳纤维/环氧树脂层板层间剪切强度随温度升高线性下降, 与界面断裂能的变化规律不一致, 这与两种测试方法的原理及界面破坏位置的不同有关。      

酚醛树脂表面处理剂对炭纤维增强环氧树脂复合材料界面强度的影响

采用酚醛树脂作为炭纤维表面处理剂, 可以显著提高多种炭纤维和环氧树脂界面强度。通过XPS、AFM、SEM和层间剪切强度等方法, 研究了不同浓度的酚醛树脂表面处理剂对炭纤维增强环氧树脂复合材料层间剪切强度、炭纤维表面元素和化学键组成的影响, 以及炭纤维增强环氧树脂复合材料断面微观形貌的变化。XPS和AFM分析结果表明酚醛树脂和炭纤维表面发生了化学反应, 而且酚醛树脂处理剂浓度越高, 和炭纤维表面发生反应的基团也越多, 表面越光滑平整, SEM和层间剪切强度研究表明酚醛树脂处理后的复合材料界面粘结性能得到很大的改善, 而且界面粘结性能强烈依靠处理剂浓度。      

碳纤维表面状态对其复合材料界面性能的影响

为了研究上浆剂和湿热处理对复合材料微观界面性能的影响,通过单丝断裂实验测试去浆处理及湿热处理前后T300、T700SC、T800S碳纤维单丝/环氧树脂体系的界面剪切强度(IFSS),结合扫描电镜测试手段分析了纤维表面物理特性对IFSS的影响.结果表明:去浆及湿热处理均会引起三种单丝复合材料体系IFSS降低,断点形貌由X状向鞘状发生变化,但不同的单丝复合体系IFSS降幅以及断点形貌变化程度不同;去浆后,T700SC/环氧树脂体系IFSS降幅达70.67%,T300/环氧树脂体系仅下降6.05%;湿热处理72 h后,T300/环氧树脂体系IFSS下降幅度最小;湿热作用下,去浆后的单丝/环氧树脂体系IFSS的下降更为显著.     

碳纤维/环氧树脂复合材料层压板冲击凹坑的回弹特性

冲击凹坑的回弹特性对飞机复合材料结构低速冲击损伤的目视检出概率有至关重要的影响。采用T800碳纤维/M21环氧树脂复合材料单向预浸丝束自动铺贴和热压罐固化工艺制造了层压板试件。试件引入1 mm左右的冲击凹坑后分成4组,分别在室温环境、湿热环境、重复载荷及湿热和重复载荷联合作用的条件下测量冲击凹坑在不同时间的回弹量,以研究湿热环境和重复载荷对冲击凹坑回弹的影响。结果表明:湿热环境可显著提高冲击凹坑的末期回弹量,但其影响过程较缓慢,因而对凹坑初始回弹速率影响不显著;重复载荷也可提高冲击凹坑末期回弹量,但其影响相对较小,其使冲击凹坑的初始回弹速率有明显提高;湿热环境和重复载荷联合作用对冲击凹坑末期回弹量的影响高于重复载荷和湿热环境的单独影响,凹坑初始回弹速率与重复载荷单独影响下几乎相同。