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.     

热解沉积结合PAMAM接枝改性碳纤维表面

采用热解沉积结合聚酰胺-胺型树枝状高分子(PAMAM)接枝的改性方式对碳纤维进行表面处理,对比了碳纤维原丝(CFs)、只经热解沉积处理碳纤维(PD-CFs)和沉积结合接枝处理碳纤维(PD-PG-CFs)的表面形貌、表面元素组成和质量分数、与极性液体和非极性液体的接触角、表面自由能的变化;制备了不同处理条件下碳纤维/环氧微复合材料,与未处理的碳纤维原丝相比,经热解沉积处理的碳纤维/环氧复合材料的界面剪切强度(IFSS)提高了26.87%,而经沉积结合PAMAM接枝处理碳纤维/环氧复合材料的IFSS则提高了38.81%。通过纳米压痕测试定量的表征了复合材料中碳纤维、热解碳层和树脂基体3者的模量,结果表明,热解碳层的模量介于碳纤维和树脂之间,它所起到的过渡层效应是复合材料界面性能得到改善的重要原因。     

碳纤维的等离子体表面处理技术研究进展

碳纤维表面所固有的疏水性和化学惰性制约了碳纤维复合材料的界面性能。等离子体表面处理技术通过刻蚀、清洁以及引入表面活性基团等作用,较好地解决了碳纤维表面与树脂基体的界面结合,提高了碳纤维复合材料的性能。主要综述了低温等离子体表面处理技术对碳纤维表面物理化学结构以及复合材料力学性能的影响方面的最新研究进展,并对其发展趋势进行了展望。     

T-700碳纤维/改性EP复合材料的性能研究

以经过表面处理的T-700碳纤维为增强体,以经过双马来酰亚胺(BMI)改性的环氧树脂(EP)为基体制备碳纤维复合材料(CFRP)。探讨了BMI对改性EP复合材料力学性能的影响,结果表明,当树脂基体中BMI用量是环氧树脂的40wt%时,树脂基体反应充分,经过辐射前和辐射后的复合材料力学性能均能达到最佳状态。     

异氰酸酯基偶联剂改性PAN基碳纤维增强聚三唑复合材料的研究

采用异氰酸酯基偶联剂(A1)对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维表面进行处理,制备了碳纤维增强聚三唑(PTA)复合材料;考察了偶联剂A1改性PAN基碳纤维的工艺;对比了溶剂丙酮中水分的影响。结果表明:工业丙酮为溶剂时,加入偶联剂A1缩短了PTA树脂胶液贮存期,需现配现用;偶联剂A1处理PAN基碳纤维,预处理法使T700碳纤维布/增强复合材料剪切强度提高39.2%,迁移法提高9.5%,相比用分析纯丙酮为溶剂的体系,改性效果降低;偶联剂A1在PAN基碳纤维表面生成脲类等极性化合物,增强了与树脂基体的氢键吸附,改善了复合材料的界面粘结,但工业丙酮中的水分消耗了偶联剂的作用基团,过量的杂质削弱了偶联剂与纤维的化学作用。     

碳纤维热塑性树脂上浆剂及其对复合材料界面的影响

研究一种适用于碳纤维增强热塑性树脂的水性乳液上浆剂。考察了上浆剂的粒度、浸润性、贮存稳定性、耐酸碱稳定性、热稳定性以及上浆后碳纤维的毛丝率;并通过实验对上浆处理前后碳纤维表面形貌的观察和单丝界面剪切强度的分析。结果表明,聚氨酯质量分数为1%和乳化剂质量分数为0.8%的上浆剂,粒径小、分散均匀和具有良好的稳定性,经上浆处理后的碳纤维与树脂基体的界面剪切强度从40.2 MPa提高到了51.9 MPa。     

碳纤维/环氧复合材料界面优化研究进展

从界面粘合理论、碳纤维表面改性、树脂基体改性等方面对碳纤维/环氧复合材料界面性能的研究进展进行了综述。表明界面对碳纤维/环氧复合材料充分发挥其优异性能起关键作用,其界面优化设计主要从碳纤维表面改性和树脂增韧改性入手,研究已取得一定进展;但亟需在界面作用机理、界面改善处理的工业化生产、纳米材料改性的技术难题等方面期待突破。     

国产碳纤维增强树脂基复合材料的界面结合性能研究

研究了国产高强中模碳纤维T800、高模碳纤维M50J及M55J的力学性能及其增强树脂基复合材料的界面结合强度(ILSS),并与日本东丽公司同级别碳纤维进行对比。结果表明:国产M55J碳纤维的拉伸模量为568 GPa,拉伸强度为4.50 GPa,日本东丽公司M55J的拉伸模量为561 GPa,拉伸强度为4.10 GPa,国产高模碳纤维表面石墨化程度高于日本东丽碳纤维,表面呈现更高惰性,其增强树脂基复合材料的ILSS略低于日本东丽碳纤维复合材料;将高强中模碳纤维与高模碳纤维混合后对树脂基体进行增强,混合碳纤维中随着高强中模碳纤维含量提高,其复合材料的ILSS提高幅度也随之增加。     

碳纤维表面处理对碳纤维/NR复合材料性能的影响

试验研究碳纤维表面处理对碳纤维/NR复合材料性能的影响。结果表明,碳纤维经表面处理后表面沟槽加宽、加深,粗糙度增大,可改善其与橡胶基体的粘合性。与未处理碳纤维/NR复合材料相比,浓硝酸表面处理3h的碳纤维/NR复合材料的拉伸强度提高46%,耐磨性提高5%;300℃×20min高温氧化表面处理碳纤维/NR复合材料的拉伸强度和耐磨性均提高38%;浓硝酸处理1h后再加1.3份钛酸酯偶联剂的碳纤维/NR复合材料拉伸强度提高25%;碳纤维经浓硝酸处理1h后再进行表面浸胶,复合材料的耐磨性提高34%。     

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的研究进展

介绍了碳纤维的特点以及碳纤维表面质量对纤维与树脂基体的粘结性和碳纤维增强复合材料的使用性能的影响。综述了目前碳纤维表面处理技术中常用方法的原理及进展,详细论述了复合处理技术。在分析比较各种处理技术的同时,认为复合处理技术将会成为今后碳纤维表面处理技术的主要研究方向。     

微波诱导碳纤维表面氧化处理的研究

以微波为能量源,双氧水溶液为氧化剂对碳纤维进行表面氧化处理,用X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)以及热机械分析仪(TMA)对碳纤维的表面处理效果进行分析表征。研究结果表明,经微波氧化处理后,碳纤维表面的羟基含量增加47%,活性碳原子数增加了32%,显著提高了碳纤维的表面活性。由SEM可以观察到,经过表面氧化处理后的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有较好的界面结合性。此外,处理后的CFRP玻璃化转变温度(T_g)较未处理的提高5.6℃,介电损耗角正切降低11.3%,平均热膨胀系数分别是未处理CFRP及纯环氧树脂的2/5和1/10。     

电化学氧化表面处理提高粘胶基碳纤维的界面粘结性能

通过动力学的方法研究了电化学处理前后接触角的变化 ,并用其表征碳纤维表面润湿性能的改变 ;通过拔出实验测定电化学处理前后碳纤维与树脂之间粘结性能的变化。结果表明 ,电化学处理后 ,碳纤维表面的润湿性大大改善 ,碳纤维与树脂的粘结程度提高至原来的 14 0 %～ 160 % ;研究还发现 ,不同种类的电解质电化学处理后对碳纤维表面的润湿性及其拔出强度的影响不同 ,( NH4) 2 SO4处理的碳纤维的润湿性能和拔出强度最好 ,H2 SO4处理的润湿性较之 Na OH的好 ,但拔出强度却不如 Na OH处理的高。且拔出强度越高 ,其断裂的模式趋向于单剪切断裂 ,拔出强度降低 ,其断裂变为多剪切断裂甚至为粉碎性断裂。     

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。     

碳纤维表面改性专利技术研究进展

在碳纤维增强复合材料中,碳纤维与树脂基体的弱粘结力导致复合材料的界面剪切强度低,限制了其应用,故需要对其表面进行改性以提高纤维复合材料的界面性能。本文对目前有关碳纤维表面改性的国内外专利文献进行分析,以期有助于业界了解行业环境、发现技术热点、提高技术创新。     

ZnO纳米棒提高碳纤维增强树脂基复合材料界面性能

碳纤维增强树脂基复合材料因其高的比强度和比模量,在航空航天等领域被广泛地应用。目前,碳纤维与树脂的界面性能是制约复合材料性能的关键因素。通过简单的水热法,在碳纤维表面合成了ZnO纳米棒阵列。在不同的生长时间下,制备了具有不同长度的ZnO纳米棒。ZnO纳米棒改性之后树脂对碳纤维的浸润性能明显提高。同时,复合材料的界面剪切强度得到明显提升,最大增幅达到了28.4%。通过扫描电子显微镜观测了单丝拔出后碳纤维的表面形貌,结果表明:改性碳纤维单丝拔出后表面粗糙而且残留了断裂的树脂基体,进一步证明碳纤维表面生长ZnO纳米棒之后界面强度得到改善。     

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.     

碳纤维表面处理的新方法

碳纤维表现处理是为了改善表面形态结构和表面化学环境,提高表面能,强化与基体树脂两相界面之间的粘接,从而达到提高复合材料层间剪切强度（ILSS）的目的。     

连续碳纤维/尼龙12预浸带制备及性能研究

采用湿法粉末浸渍工艺制备了连续碳纤维增强尼龙12单向预浸带,通过碳纤维表面处理的方法改善尼龙12树脂粉末在碳纤维丝束上的分布,并研究碳纤维表面处理、走丝速度和悬浮液中尼龙12树脂粉末含量对预浸带树脂含量的影响。结果表明:碳纤维经过亲水性表面活性剂表面处理,有利于尼龙12树脂粉末均匀附着在丝束的内部和表面;当悬浮液中尼龙12树脂粉末的质量分数为12%,碳纤维走丝速度为0.50 m/min时,预浸带尼龙12树脂质量分数可稳定控制在25%左右;预浸带断面浸润性良好,具有较高的力学性能,最大拉伸强度为1 935 MPa。     

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。