γ-射线辐照对碳纤维及其复合材料力学性能的影响

以60Coγ-射线为辐照源对碳纤维(CF)表面进行处理,利用扫描电子显微镜(SEM)观察经辐照处理后的碳纤维单丝表面及其与环氧树脂制备的复合材料试样的层间剪切断口;通过层间剪切强度比较了吸收剂量对其复合材料层间剪切强度(ILSS)的影响,并根据GB/T3362—1982标准比较了辐照前后碳纤维复丝拉伸强度的变化。结果表明:辐照处理后的碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面明显得到改善,在一定的吸收剂量范围内能够有效地提高复合材料的ILSS,但是过大的辐照剂量和接枝率不利于复合材料的界面改性;当辐照剂量小于250kGy时,碳纤维的复丝拉伸强度有所提高。     

γ-射线辐照对碳纤维及其复合材料力学陛能的影响

以^60Co γ-射线为辐照源对碳纤维（CF）表面进行处理，利用扫描电子显微镜（SEM）观察经辐照处理后的碳纤维单丝表面及其与环氧树脂制备的复合材料试样的层间剪切断付；通过层间剪切强度比较了吸收剂量对其复合材料层间剪切强度（ILSS）的影响，并根据GB/T 3362—1982标准比较了辐照前后碳纤维复照拉伸强度的变化。结果表明：辐照处理后的碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面明显得到改善，在一定的吸收剂量范围内能够有效地提高复合材料的ILSS，但是过大的辐照剂量和接枝率不利于复合材料的界面改性；当辐照剂量小于250kGy时，碳纤维的复丝拉伸强度有所提高。     

POSS/GO复合接枝碳纤维/环氧树脂复合材料性能研究

在碳纤维表面逐层接枝多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）和氧化石墨烯（GO）后,将其用于增强环氧树脂（CF/EP）制得复合材料,采用扫描电子显微镜、接触角测试和X射线光电子能谱等研究了POSS和GO复合接枝碳纤维对CF/EP复合材料力学性能的影响。结果表明,POSS和GO可以显著提高碳纤维的表面活性和比表面积,改善树脂与碳纤维的浸润性、反应性和机械啮合作用,从而提高复合材料的界面性能和力学强度。相比未改性碳纤维复合材料,POSS/GO复合接枝改性碳纤维复合材料的层间剪切强度（ILSS）提高了98.3%,弯曲强度提高了95.7%。     

碳纤维增强树脂复合材料界面效应的研究

在一立方厘米的碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)中,碳纤维(CF)与树脂的接触界面高达4000平方厘米左右。两相界面间的粘结程度是决定层问剪切强度(ILSS)的主要因素。CF经表面处理后,可改善两相间的粘接,从而使ILSS得到显著提高。用扫描电镜研究剪切断面已证实了这点。     

共辐照接枝处理芳纶纤维F3A表面

以环氧氯丙烷为接枝剂,通过高能射线共辐照法对国产芳纶纤维(AFs)进行表面处理,对比了辐照前后芳纶表面形貌、动态接触角、表面自由能及其本体结晶情况变化。用不同辐照剂量下处理的纤维(IAFs-200和IAFs-400)制备了芳纶/环氧(IAFs/ER)复合材料,与未处理纤维相比,共辐照处理的芳纶增强复合材料的界面剪切强度(IFSS)和层间剪切强度(ILSS)分别提高了51.56%和25.79%。辐照处理后纤维表面活性的稳定性良好。     

粗糙度对碳纤维/聚芳基乙炔复合材料界面性能的影响

采用二氧化碳超临界(scCO2)处理碳纤维(CF)表面的方法,研究了粗糙度对碳纤维/聚芳基乙炔(PAA)树脂复合材料界面性能的影响.处理前后的碳纤维通过XPS,AFM和表面能测量进行了表征.CF/PAA复合材料的界面力学性能通过层间剪切强度测试(ILSS)与断口形貌分析进行了评价.结果表明,scCO2处理前后碳纤维表面的化学组成基本上没有变化.随着碳纤维表面粗糙度的增加,CF/PAA复合材料的界面力学性能先增加后减小.其中粗糙度范围为30～45 nm的样品有最高的ILSS值,43.36MPa,比未处理的样品提高了44%.对复合材料的ILSS提高起主要作用的因素是碳纤维与PAA树脂的界面齿合作用.而齿合作用程度的不同主要是由于不同粗糙度而引起的碳纤维表面物理状态的不同.     

辐照改性PBO纤维/环氧树脂界面性能

通过纤维浸润试验、NOL环层间剪切试验和扫描电子显微镜(SEM)分析，PBO纤维经γ-射线辐照表面改性处理前后对纤维浸润性能及纤维／环氧树脂界面性能具有一定的影响。将试验结果与化学交联和等离子氧处理的结果进行了比较。结果表明，γ-射线辐照对PBO纤维表面的改性效果最好。经过辐照接枝改性的PBO纤维与环氧基体的NOL环层间剪切强度(ILSS)从10．2MPa提高到23．1MPa，提高幅度130％。     

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。     

氨气处理碳纤维 第II报 碳纤维表面和复合材料的性能

常压下,使碳纤维通过以氨气为气体介质的600℃热反应炉,反应停留时间为30s。采用三点短梁法和界面评价装置研究处理前后复合材料的层间剪切强度(ILSS)和界面剪切强度(IFSS),经氨气处理后二者分别提高了13.2%和32.1%。接触角测试结果表明:处理后碳纤维与水和环氧树脂的浸润性得到很大改善。采用扫描电子显微镜(SEM)研究处理前后碳纤维表面和复合材料断裂面形貌的变化,发现氨气处理对碳纤维表面形貌没有影响。力学性能测试数据表明,氨气处理不影响碳纤维的强度。     

超临界CO2对碳纤维环氧树脂的界面性能的改善

为提高碳纤维/环氧树脂复合材料的界面结合性能,采用超临界CO2对碳纤维表面进行处理.结果表明:在处理后碳纤维的单丝拉伸强度下降2.81％,碳纤维/环氧树脂界面剪切强度和层间剪切强度在处理后分别提高25.19％和17.11％.通过对碳纤维原子力显微镜(AFM)观察,经过处理的碳纤维表面粗糙度增加明显,同时对复合材料层间剪切断口端面用扫描电子显微镜(SEM)观察,经过超临界CO2处理后的碳纤维与环氧树脂的复合性能得到改善.     

短切炭纤维增强热塑性树脂—PA1010复合材料的研究

本工作采用熔融混料热模压成型工艺制备短切炭纤维增强热塑性树脂SCFR-TP—PA1010复合材料。着重研究了复合材料的各种力学性能、热性能及CF与基体间的界面状态、CF含量、复合工艺对材料性能的影响以及CF经表面处理后其性能及复合材料层间剪切强度ILSS的变化。并对复合材料剪切断裂机制进行了初步探讨。我们发现复合材料中CF的增强作用明显,CF含量以20～30％(重量)为最佳。CF经氧化处理后,强度和模量均有所降低,但纤维与基体的粘结作用增强。电聚合涂层处理则随单体——溶剂——电解质体系的不同而有不同结果。复合材料浸水后ILSS降低,虽经干燥处理亦不能完全恢复。剪切断口电镜分析发现剪切断裂有三种方式,其主要机制是微裂纹的扩展导致界面脱胶和基体开裂。     

等离子体改性技术在碳纤维/PEK-C复合材料中的应用研究

利用低温氧等离子体处理技术对碳纤维进行表面改性,采用X射线光电子能谱、原子力显微镜等手段对碳纤维的表面性质进行表征,考察了等离子体功率和处理时间对碳纤维/PEK-C树脂基复合材料的界面黏结性能和力学性能的影响。结果表明,等离子体处理能够增加碳纤维表面的活性含氧基团含量和粗糙度,复合材料的界面黏结性能得到明显改善。在应力作用下,复合材料的破坏模式由未处理的界面脱黏破坏转变为等离子体处理后树脂基体的破坏。碳纤维在200 W的等离子体功率下处理12.5 min时,复合材料的层间剪切强度(ILSS)和弯曲强度分别达到最大值94.12MPa和1316.76 MPa。     

表面处理对PA6/CF复合材料力学性能与破坏形态的影响

通过碳纤维(CF)表面官能团的酰氯化,利用酰氯作为己内酰胺阴离子聚合的活化剂,成功地制备了表面接枝尼龙6(PA6)的CF。研究了表面己内酰胺稳定化并阴离子接枝PA6的CF对PA6／CF复合材料力争性能与破坏形态的影响。结果表明,表面接枝PA6后的PA6／CF复合材料界面相互匹配,改善了复合材料界面的相互作用,提高了复合材料的剪切强度,复合材料剪切破坏呈部分非界面脱粘破坏。     

臭氧处理对碳纤维表面及其复合材料性能的影响

利用X射线光电子能谱(XPS)研究了碳纤维经臭氧(O3)氧化处理后表面元素组成及表面官能团的变化，结果发现，O3表面处理主要增加了碳纤维表面上的羟基或醚基官能团；研究了表面O3氧化处理对复合材料力学性能的影响，结果表明，碳纤维经O3氧化处理后明显改善了碳纤维与环氧树脂间的界面粘结，其复合材料的层间剪切强度明显提高。     

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。     

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。     

碳纳米管改性环氧树脂/碳纤维复合材料的界面性能

采用碳纳米管对环氧树脂体系以及碳纤维进行改性处理,得到四种试样,即CNTs-00 (不添加碳纳米管)、CNTs-01 (碳纳米管与活性分子预反应)、CNTs-02 (碳纳米管与树脂体系直接混合)、CNTs-03 (碳纤维表面生长碳纳米管)。采用视频接触角测量仪以及界面性能测试仪对树脂浸渍国产T800S碳纤维单丝形成的微球形态、微球与纤维的界面接触角及界面剪切强度(IFSS)等进行了分析表征;同时采用模压法制备了复合材料单向板,从宏观尺度表征了其层间剪切强度(ILSS)。结果表明,与CNTs-00相比,CNTs-01的树脂界面浸润性以及复合材料IFSS有了较大提高,接触角减小了3.1°,IFSS提高了12.7%,ILSS提高了9%;CNTs-02的树脂界面浸润性略有降低,接触角增大了0.9°,IFSS降低了8.6%,ILSS与CNT–00基本相同;CNTs-03的界面浸润性降低,浸润角增大了4.5°,IFSS降低了5.7%,ILSS降低了11.5%。     

高能辐照对国产芳纶纤维/环氧复合材料界面性能影响

芳纶纤维因其表面惰性、光滑使其与树脂浸润性差,界面结合强度低。以环氧氯丙烷为介质1,采用60Coγ-射线辐照方法对国产芳纶纤维进行表面改性,以界面剪切强度（IFSS）和层间剪切强度（ILSS）表征芳纶/环氧复合材料界面结合性能。结果表明在400kGy辐照剂量下改性效果最好;经高能辐照处理的芳纶纤维表面能升高,并失去了原有的光滑表面,且纤维表面氧含量有大幅度提高,使得纤维表面活性增大。     

纳米SiO2改性EP对基体力学性能和芳纶纤维/EP复合材料界面性能的影响

研究了纳米SiO2对环氧树脂(EP)基体力学性能的影响,并进一步采用对位芳纶纤维(F-12)增强环氧树脂,制备了NOL环复合材料,通过复合材料层间剪切性能测试考核了F-12与环氧树脂之间的界面粘接性能.结果表明:环氧树脂中添加适量的纳米SiO2能够有效提高环氧树脂浇注体的拉伸强度、拉伸弹性模量、冲击强度.纳米SiO2的加入,可以有效改善F-12与环氧树脂基体之间的界面粘接性能,降低复合材料的空隙率,F-12/纳米SiO2(6%)-EP复合材料的层间剪切强度(ILSS)提高约60.3%.     

微脱黏法在碳纤维/环氧树脂界面性能评价中的应用

利用微脱黏法测定碳纤维/环氧树脂复合材料的界面剪切强度,并分析了造成测试结果分散的影响因素.结果表明:在脱黏过程中,最大脱黏力随碳纤维埋人环氧树脂内长度的增加而线性递增,当埋人长度超过一定值后最大脱黏力趋于稳定:碳纤维与环氧树脂间的接触角对复合材料界面剪切强度有一定影响,接触角越大,界面剪切强度越高;测试结果的分散性与树脂微球的半月板区域、钳口区等因素有关;未经表面处理的碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面剪切强度仪为39.4 MPa,低于处理后的复合材料(60.6 MPa).