电化学氧化处理对碳纤维及EP复合材料性能的影响

利用电化学氧化法对碳纤维（CF）进行表面改性处理,并将改性CF用于改性环氧树脂（EP）,研究了CF处理前后纤维复丝拉伸强度和EP／CF复合材料的力学性能。结果表明,氧化处理改善了CF与基体的粘结性;经电化学氧化处理后CF的表面羟基含量提高39．96％,羧基／酯基含量提高141．06％,活性碳原子数增加34．28％;随着氧化电流密度的增加,CF复丝的拉伸强度和复合材料的层间剪切强度均呈现先增大后减小的变化趋势,当电流密度为0．2A／m^2时,复合材料的层间剪切强度提高31．70％。     

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。     

碳纤维表面处理

介绍了碳纤维表面气相氧化、液相氧化、阳极氧化、化学涂层、电聚合涂层和冷等离子体等6种处理方法。用冷等离子体方法处理碳纤维表面可提高复合材料层间剪切强度、模量、耐湿热性能及材料的韧性,是目前最有发展前途的处理方法之一。     

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。     

阳极氧化对碳纤维及其复合材料性能影响的研究

对聚丙烯腈基碳纤维表面进行电化学氧化处理,用SEM扫描电镜、力学分析研究了阳极氧化对碳纤维表面形貌及力学性能的变化过程.结果表明：随着阳极氧化电流的增大,碳纤维表面沟槽缺陷逐渐消失,碳纤维力学性能先上升后下降,80 A氧化电流使碳纤维层间剪切强度提高变化15.3％、拉伸强度提高l2.1％;阳极氧化有利于提高碳纤维在热塑性材料中的粒径尺寸.     

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。     

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。     

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。     

氧化石墨烯增强碳纤维/环氧复合材料的制备及其力学性能研究

本文针对碳纤维和环氧树脂结合的界面问题,采用氧化石墨烯改善碳纤维的表面结构,增强其与环氧树脂结合的界面效果,提高其复合材料的层间剪切强度。通过对复合材料的层间剪切性能进行研究,结果表明,当氧化石墨烯的浓度逐渐增大时,其复合材料的力学性能也逐渐增强,并且在氧化石墨烯浓度为0.3wt%时的碳纤维复合材料的层间剪切性能最佳,当氧化石墨烯浓度超过最佳值时,其层间剪切性能开始下降。     

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%。     

聚丙烯腈基碳纤维用环氧树脂上浆剂的比较

用两种环氧树脂上浆剂对国产聚丙烯腈基碳纤维进行上浆,测试和比较了两种环氧树脂上浆剂对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维耐磨性、与水接触角、表面能等性能以及拉伸强度、伸长率、层间剪切强度(ILSS)等力学性能的影响。上浆剂中主体成分环氧树脂相对分子质量不是影响碳纤维层间剪切强度的决定性因素。     

Novel application of chitosan: ameliorative effect of homogeneous and floccular chitosan on the interfacial property of carbon fiber/epoxy resin composites

A novel homogeneous floccular chitosan was directly grafted onto carbon fiber surface by a simple and controllable method. Scanning electron microscopy (SEM), single fiber strengths and interlaminar shear strength (ILSS) have been applied to characterize the fiber and the interface bonding. Compared with raw carbon fibers, the chitosan-treated ones demonstrate significant increases in the surface roughness and wettability. Particularly, about 21.21% increase in the mechanical properties of composites was obtained, which is attributed to good adhesion between functional carbon fiber and resin matrix in the interlaminar regions, as revealed by fracture surfaces.     

CHARACTERIZATION, PROPERTIES, AND PROCESSING OF LARC PETI-5® AS A HIGH-TEMPERATURE SIZING MATERIAL: III. ADHESION ENHANCEMENT OF CARBON/BMI COMPOSITES

A phenylethynyl-terminated imide oligomer (LaRC PETI-5®) with a number average molecular weight of 2500 g/mol has been applied onto the surfaces of PAN-based carbon fiber tows and woven carbon fabrics as a sizing material to introduce an interphase between the fiber and matrix in carbon/BMI composites. The adhesion between the fiber and matrix was enhanced by the presence of a properly processed LaRC PETI-5® interphase. The results showed that when LaRC PETI-5® was sized and processed at 150°C, the interfacial shear strength (IFSS) of unidirectional IM7/BMI composite measured by using a microindentation technique and the interlaminar shear strength (ILSS) of a carbon/BMI composite measured by short beam shear test were markedly improved by about 35% and 66%, respectively, in comparison with the unsized counterparts. The adhesion enhancement strongly depends not only on the presence or absence of LaRC PETI-5® sizing interphase but also on the temperature profile applied to the sizing before composite fabrication. Both of these factors critically influence the physical and chemical state of the sizing material. Scanning electron microscopic observations of the composite fracture surfaces support the improved interfacial property of carbon/BMI composites.     

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。     

短纤维层间增强碳纤维复合材料层板的力学研究

以斜纹3k T300碳纤维布、环氧树脂和0.3~0.5 mm短切碳纤维为主要实验原料,使用短切纤维铺放装置将短切碳纤维定量铺放在碳纤维布表面,并铺层得到5块层间短切纤维增强的预制体,每块预制体含8层碳纤维布且每块预制体层间短切碳纤维铺放面密度分别为5,10,20,30,40 g/m2,并增设一块层数为8层、层间不含短切纤维增强的预制体作为对照组。采用真空辅助树脂灌注成型方式浸渍预制体后高温固化,得到层间含不同面密度短切纤维的碳纤维复合材料层合板,研究了不同面密度短切纤维含量对碳纤维复合材料层合板拉伸、弯曲以及层间剪切强度的影响。研究结果表明,当短切碳纤维铺放面密度为5 g/m2时,复合材料层板的拉伸、弯曲强度最好,在5~40 g/m2范围内,复合材料层板的层间剪切强度随短切碳纤维铺放面密度的增大而增大。     

Preparation of multiscale graphene oxide‐carbon fabric and its effect on mechanical properties of hierarchical epoxy resin composite

Graphene oxide (GO) was used to modify the surface of carbon fiber layers through electrophoretic deposition, forming a multiscale reinforcement fabric. By adjusting the experimental parameters, the resulting GO‐carbon fabric showed productive and homogenous distribution of thin and less‐agglomerate GO platelets on carbon fiber surface, remarkably enlarging the surface area and roughness of carbon fabric. To investigate the effect of GO sheets on composites, GO‐carbon fabric and carbon fabric‐reinforced hierarchical epoxy resin composites were respectively manufactured. Mechanical tests demonstrated that after introducing GO flakes on carbon fabric, both the flexural strength and interlaminar shear strength of composite had achieved an increase, especially the interlaminar shear strength rising by 34%. Through fractography analysis, it was found that in pure carbon fabric‐reinforced epoxy composite, the fiber/matrix debonding fracture mechanism predominated, while after the GO decoration on carbon fiber surface, the composite featured a stronger interfacial bonding, leading to the enhancement in mechanical properties of hierarchical epoxy resin composite. POLYM. COMPOS., 37:1515–1522, 2016. © 2014 Society of Plastics Engineers     

碳纳米管定向排列增强碳纤维/环氧树脂复合材料制备及力学性能

采用高频电场诱导法制备了碳纳米管定向有序填充的碳纤维/环氧树脂复合材料。研究了电场频率对复合材料力学性能的影响规律,对复合材料的显微形貌进行观察。结果表明:在富树脂区碳纳米管沿着电场方向存在明显的有序排列现象;高频电场诱导后复合材料的层间剪切强度最大提高28.9%,压缩强度提高28.83%,弯曲强度提升15.01%,断口粗糙度增加,树脂与碳纤维的界面结合状态改善。