电子束辐射接枝对PAN基碳纤维的表面改性

采用电子束加速器辐射接枝方法对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维进行表面改性,研究了接枝单体种类对接枝率及其环氧树脂基复合材料力学性能的影响,分析了辐射接枝前后PAN基碳纤维的表面形貌与化学结构以及其复合材料界面断口的形貌变化。结果表明:电子束辐射接枝改性的PAN基碳纤维表面粗糙度增加,表面活性官能团增多,与树脂的机械锲合作用增强,其树脂基复合材料断口表而较为平整;乙二胺/水溶液体系是辐射接枝改性的理想溶液,在200 kGy的电子束辐射下,PAN基碳纤维表面的接枝率为6.66%,复合材料的层间剪切强度提高了45.1%。     

阳极氧化处理对PAN基碳纤维性能的影响

利用阳极氧化技术对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维表面进行改性处理,研究了处理前后PAN基碳纤维表面润湿性能及力学性能的变化,分析了阳极氧化处理时电流强度对PAN基碳纤维及其增强环氧树脂基复合材料性能的影响。结果表明:阳极氧化处理后,PAN基碳纤维的润湿性提高,其中碳纤维与水、乙醇的接触角分别由处理前的64.6°,50.9°降至处理后的24.6°,28.1°,其表面能由未处理的37.4 m N/m提高到处理后的83.3 m N/m,经水洗干燥处理后,碳纤维润湿性及表面能有所降低;阳极氧化过程中,随着电流强度的提高,PAN基碳纤维的线密度及拉伸强度出现先升高后降低现象;阳极氧化处理后,碳纤维表面活性提高,碳纤维/环氧树脂基复合材料层间剪切强度较未处理时的最大增幅达到86%;阳极氧化处理PAN基碳纤维的最佳电流强度为14 A。     

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。     

碳纤维不同表面处理及其对聚三唑基复合材料界面性能的影响

采用高温处理、硝酸氧化、丙酮抽提上浆剂和氨水处理等方法对碳纤维(CF)进行表面处理,采用热压成型制备了CF增强聚三唑树脂(PTA)基复合材料,分析了CF表面处理前后的变化并研究了其对PTA/CF复合材料界面性能的影响。单丝拉伸强度测试结果表明,表面处理后的CF单丝拉伸强度均出现不同程度的下降;接触角测试结果表明,CF与水及PTA丙酮溶液的浸润性均变好;原子力显微镜分析表明,经丙酮抽提后CF表面粗糙度略有下降,而其它几种方法处理后的CF表面粗糙度均有不同程度的提高;X射线光电子能谱揭示高温处理主要是氧化去除CF表面上浆剂,硝酸主要是氧化CF,丙酮主要是物理抽提CF表面上浆剂,而氨水与CF表面发生了化学键合。不同的表面处理均可增加CF的极性,提高CF在PTA胶液中的浸润性能,增强与PTA基体的氢键合,改善CF与PTA基体的界面性能。与未表面处理CF相比,以上4种表面处理的CF增强PTA基复合材料的层间剪切强度均得到提高,提高幅度分别为47.0%,36.7%,63.3%和45.3%,其中氨水处理效果虽然低于丙酮抽提,但其条件温和,操作简便,是一种较好的CF表面处理方法。     

低温等离子体在CF／树脂基复合材料中的应用

介绍低温等离子体对碳纤维(CF)的表面改性及作用机理,综述低温等离子体处理对CF及其树脂基复合材料的化学和力学性能的影响,探讨了低温等离子体技术在碳纤维复合材料应用中存在的问题和研究方向。     

碳纤维表面处理对液体成型碳纤维增强MC尼龙复合材料力学性能的影响

本论文采用真空辅助树脂灌注成型工艺(VARI),通过己内酰胺原位阴离子聚合的方法制备了连续碳纤维增强浇铸(MC)尼龙的复合材料,并系统研究了丙酮去浆处理、气相氧化处理、偶联剂处理和火焰处理四种不同碳纤维织物表面处理方式的碳纤维表面的O/C比和微观形貌以及复合材料的力学性能、表面形貌和碳纤维体积分数。结果表明:对碳纤维表面进行偶联剂涂层处理,此碳纤维制备的复合材料的力学性能较其他处理方式的碳纤维制备的复合材料而言力学性能最优,其拉伸强度达到595.5 MPa,弯曲强度达到330.7 MPa,层间剪切强度达到30.6 MPa;此条件下碳纤维表面的O/C比达到44.51%,复合材料的碳纤维体积分数达到51.4%。     

碳纤维/聚芳基乙炔复合材料界面改性方法的研究

为了改善碳纤维/聚芳基乙炔复合材料的界面性能,采用表面氧化、表面接枝、偶联剂、表面涂层等方法对碳纤维进行表面处理,探讨了各种方法对非极性聚芳基乙炔树脂基复合材料的界面改性效果。研究表明,纤维表面氧化处理后有利于碳纤维/聚芳基乙炔复合材料界面性能的改善,在此基础上通过表面接枝及表面偶联剂处理在纤维表面引入可与基体树脂发生反应的基团,可以达到非极性树脂基复合材料界面改性的目的。极性的高碳酚醛树脂可以更好地浸润氧化后的纤维表面,并且与聚芳基乙炔树脂在结构上相似,因此作为涂层处理纤维表面后可以明显提高材料的界面性能,该方法适于进行3D织物的改性处理,是较为理想的处理方案。     

碳纤维表面处理技术研究进展

介绍了在碳纤维增强树脂基复合材料中常用的碳纤维表面处理技术,以及不同处理方式对碳纤维力学性能及其增强的聚合物复合材料力学性能的影响。比较了各种表面处理技术的优缺点,并分析了碳纤维表面处理技术的发展趋势。目前,碳纤维的表面处理技术主要有电化学氧化法、偶联剂涂层处理、气相氧化法、液相氧化法和等离子体处理,其中,气相氧化法是目前比较常用的方法,电化学氧化法是目前唯一能够在碳纤维制备时可在线连续运行的技术,且经电化学氧化处理过的碳纤维增强树脂基复合材料的整体性能均得到提高。采用碳纳米管和石墨烯等碳纳米材料对碳纤维进行表面处理已成为新的研究热点,碳纤维表面处理的低成本化、绿色化和连续生产化将是今后的重点研究方向。     

炭黑在沥青基短切碳纤维补强天然橡胶中的作用

研究炭黑及沥青基短切碳纤维表面臭氧改性对碳纤维填充天然橡胶(NR)硫化胶物理性能的影响。结果表明:臭氧改性后,碳纤维的涂覆层基本去除且表面粗糙度明显增加;碳纤维/NR复合材料拉伸断面中碳纤维表面光滑且与NR发生明显脱粘,复合材料物理性能较低;填充30份炭黑N330后,碳纤维/NR复合材料物理性能显著提高,炭黑/短纤维/NR复合材料和炭黑/臭氧改性碳纤维/NR复合材料的拉伸强度分别达到18.6和26.9 MPa,较碳纤维单独填充时分别提高了431%和627%;碳纤维与炭黑具有类似的微观结构,炭黑在碳纤维补强NR时起到桥梁作用,从而大大增强了两者间的界面强度。     

利用扫描电子显微镜研究聚丙烯腈基碳纤维的形态结构

采用扫描电子显微镜(SEM)研究了聚丙烯腈(PAN)基原丝及其碳纤维的缺陷和表面沟槽等形态结构,并分析了表面处理后碳纤维与树脂基体的结合状态.结果显示:SEM可以直观地观察到PAN原丝及其碳纤维的表面及内部缺陷,这些缺陷主要遗传自原丝;经表面处理后,碳纤维与树脂基体间结合程度和强度显著提高.     

碳纤维增强树脂基复合材料的最新应用现状

介绍了碳纤维增强树脂基复合材料的性能特点,结合碳纤维增强树脂基复合材料的优异性能,讨论了其在新能源(风力发电、钻井采油和天然气储存)、汽车(外覆盖件、刹车片和涡轮增压)和航空航天(民用飞机、战略导弹)领域的最新应用。最后对碳纤维增强树脂基复合材料未来的发展方向进行了展望。     

干喷湿纺法PAN基碳纤维表面处理的研究

以碳酸氢铵为电解质,对干喷湿纺法PAN基碳纤维进行了连续表面处理。通过扫描电子显微镜（SEM）分析其微观结构,同时利用万能材料实验机研究碳纤维及其复合机理。结果表明,随着处理电流密度的增大,碳纤维抗拉强度呈降低趋势。电化学处理碳纤维,电流密度最佳范围应为43．6A·m-^2～54．4A·m^-2,且碳纤维表面官能团对提高复合材料的层间剪切强度起关键作用。     

高性能PAN基碳纤维及其复合材料在航天领域的应用

对高性能PAN基碳纤维的发展历程、现状以及以其为增强体的复合材料进行了综述,并对高性能PAN基碳纤维增强复合材料在航天领域的主要应用情况进行了介绍,最后对我国高性能碳纤维复合材料的现状及发展重点进行了探讨.     

碳纤维表面处理对树脂基复合材料力学性能影响研究进展

综述了近期国内在树脂基复合材料用碳纤维表面处理方面的研究进展。其中碳纤维表面处理方法主要包括氧化处理、表面涂层处理、等离子体处理以及超临界流体处理等,对采用这些处理方法后碳纤维增强树脂基复合材料的相关力学性能变化情况进行了总结归纳。     

秸秆纤维增强热塑性树脂基复合材料界面改性研究新进展

秸秆纤维增强热塑性树脂基复合材料是一种用途广泛的新型环保性材料。复合材料的界面相容性会直接影响复合材料的性能,界面改性技术的研究成为近年来研究的热点。本文综述了国内外对秸秆纤维增强热塑性树脂基复合材料界面改性技术的研究现状和新进展,叙述了对于秸秆纤维的几种典型表面处理方法的研究进展;重点分析了等离子体处理和生物酶处理这两种新型处理方法在秸秆表面预处理中的应用情况,并着重阐述了以马来酸酐接枝聚烯烃为主的界面相容剂和以硅烷、钛酸酯为主的低分子量偶联剂对复合材料界面改性效果的影响。此外,论文简要分析了秸秆/树脂复合材料界面改性技术的发展趋势,指出深入研究针对秸秆纤维的复合处理方法以及开发高效、环保和高性价比的界面改性剂是未来进一步改善秸秆/树脂复合材料应用性能的关键。     

高端工业应用驱动国内碳纤维迎来发展新机遇

碳纤维生产流程分析：生产流程长,技术壁垒高。PAN基碳纤维生产流程包括丙烯腈聚合形成PAN纺丝液、PAN原丝的制备、PAN原丝的预氧化工艺、PAN原丝低温碳化及高温碳化工艺、表面处理形成碳纤维产品、与树脂等形成复合材料及最终的工业、军用等产品。工艺流程长,核心关键技术多,实现工业化生产技术壁垒高,并还有很强规模效应。目前国内制造企业与国外龙头企业还存在的不小的差距。     

洋麻纤维的表面改性及其在聚丙烯基复合材料中的应用

采用碱处理、偶联剂处理以及碱–偶联剂复合处理对洋麻纤维进行表面改性,然后将其与聚丙烯(PP)纤维复合,采用非织造–模压工艺制备了PP/洋麻纤维复合材料。研究了上述3种表面改性方法对洋麻纤维强度及其复合材料弯曲与剪切性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)研究了洋麻纤维表面改性前后的形貌变化及其与PP基体之间的界面结合状况。结果表明,表面改性后洋麻纤维的拉伸强度均降低,但复合材料的弯曲强度及层间剪切强度均提高,表明这3种改性方法均提高了洋麻纤维与PP之间的界面结合强度;碱处理可去除纤维表面的果胶成分,使纤维束变得松散,使复合材料的弯曲强度及层间剪切强度分别较未表面改性时提高了21%和169%,但弯曲弹性模量降低了21%;偶联剂处理则使复合材料的弯曲强度,弯曲弹性模量和层间剪切强度较未表面改性时提高了23%,7%和160%;碱–偶联剂复合处理兼顾了碱处理和偶联剂处理的优点,使复合材料弯曲强度、弯曲弹性模量和层间剪切强度分别较未表面改性时提高了26%,18%和572%,综合性能最佳。SEM结果表明,碱–偶联剂复合处理后,复合材料中纤维与树脂之间的界面结合较好。     

苯并噁嗪树脂基复合材料的制备及性能表征

本文采用氧等离子体对碳纤维表面进行活化,后用偶联剂接枝的方法对碳纤维表面进行处理。按照GB3357-82和GB3356-82,对复合材料层间剪切强度和弯曲强度进行测试并研究等离子体处理及偶联剂接枝对碳纤维/苯并噁嗪(Polybenzoxazine,PBOZ)复合材料界面粘接性的影响。通过XPS,SEM对碳纤维表面及复合材料断裂面形貌进行测试,分析界面粘接机制。研究表明,氧等离子体处理使碳纤维表面粗糙度和活性含氧基团含量增加,增加了纤维与树脂之间的粘接性;氧等离子体处理后再进行偶联剂接枝,碳纤维表面的含氧官能团增加,浸润性得到改善,提高了碳纤维/PBOZ复合材料界面粘接性能。     

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。     

表面处理剂对碳纤维复合材料力学性能的影响

用丙酮萃取了T 700碳纤维织物的表面处理剂,分析了处理剂的主要成份,考察了丙酮萃取次数与碳纤维表面处理剂含量之间的变化规律,采用真空辅助灌注成型工艺制备了带有不同含量处理剂的碳纤维增强乙烯基树脂基复合材料,并对其力学性能进行了测试。结果表明,处理剂的主要成份为双酚A环氧树脂,含量约为1.5%,碳纤维经丙酮萃取后表面粗糙度增加,增大了树脂的浸润性,其复合材料的力学性能尤其是弯曲强度得到显著提高。