不同纺丝工艺国产高强中模碳纤维及其复合材料性能对比

目的 进一步探究国产不同纺丝工艺高强中模碳纤维及其复合材料的相关性能,并验证干喷湿纺工艺碳纤维的表面状态及其复合材料性能。方法 针对干喷湿纺的GW800G和湿喷湿纺的CCF800H两种碳纤维及其复合材料,采用场发射环境扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)和动态接触角测量仪表征其表面形貌、表面化学特性以及表面能,对两种碳纤维的微观表面性能以及微观结构进行对比分析,并与相同的高温环氧树脂复合,通过热压罐成型技术制成层合板,进一步表征两种复合材料的力学性能,并观察了复合材料90°拉伸和90°弯曲破坏试样断面形貌。结果 GW800G碳纤维表面形貌较光滑,CCF800H碳纤维表面粗糙度较大且凹槽明显。GW800G碳纤维和CCF800H碳纤维表面化学活性较高和表面能均较高,表面活性碳原子比例分别达到了34.11%和33.24%,表面能分别达到了36.92 mJ/m²和40.08 mJ/m²,二者水平差距较小。同时两种碳纤维的微晶结构相似,GW800G碳纤维具有更高的石墨化程度。这些特点...     

复合材料用碳纤维等离子体表面改性技术进展

近年来复合材料得到了广泛的应用,尤其在航空工业领域,已成为了世界强国竞相发展的核心技术。碳纤维树脂基复合材料作为复合材料中的优秀代表,由于其独特的性能优势,具有很大的发展潜力,但是界面结合强度是制约其应用的关键瓶颈。等离子体表面改性技术能提高碳纤维与树脂基的界面结合强度。总结了国内外学者工作,从等离子体处理装备发展和工艺参数影响两个角度对碳纤维等离子体表面改性技术的研究进展进行了阐述。在装备发展方面,重点介绍了在碳纤维表面处理研究中三类处理装置,包括射频等离子体处理装置、DBD等离子体处理装置和滑动弧射流等离子体处理装置,分析了各自的优缺点。在工艺参数方面,重点介绍了不同等离子体种类、等离子体处理时间、等离子体放电功率对碳纤维表面状态的影响规律。在此基础上,对碳纤维等离子体表面处理技术的未来发展方向进行了展望。     

复合材料用碳纤维的表面处理

碳纤维及其复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳和抗蠕变等一系列优异性能,为了充分发挥碳纤维的性能,对其进行表面处理非常关键.分别介绍了碳纤维的气相氧化法、电解氧化法、液相氧化法、等离子氧化法、电聚合法、气相沉积法和表面镀层等表面处理方法,并比较了不同处理方法对碳纤维表面结构和性能的影响.碳纤维的表面处理对提高其使用性能是一个重要的保证措施,针对碳纤维不同的使用要求,应采用不同的表面处理方法.通过对比各种碳纤维的表面处理方法得知:目前应用最为广泛的是臭氧化法﹑阳极电解氧化法和等离子氧化法.     

SiC涂层碳纤维增强铝复合丝的机械性能及其界面特性

研究了不同热处理温度对碳化硅涂层碳纤维增强铝复合丝的拉伸强度影响,结果表明:500℃热处理2h及550℃热处理1h后使复合丝的拉伸强度提高,600℃以上的热处理都使复合丝的拉伸强度下降,通过测量从复合丝中分离出来的纤维强度,表明碳化硅涂层对碳纤维具有良好的保护作用,用电子探针及能量损失谱分析了C/Al界面的稳定性。     

碳纤维表面改性对Cf/Mg复合材料微观组织和界面的影响

研究在碳纤维表面分别用化学法镀Ni和溶胶-凝胶法涂SiO2两种涂层,用真空压力浸渗法制备Cf/Mg复合材料.用SEM、EDS和TEM对Cf/Mg复合材料微观组织和界面特征进行分析.结果表明:无涂层的碳纤维与Mg基体浸润性较差,碳纤维在Cf/Mg复合材料微观组织巾分布不均匀,界面结合强度较弱.碳纤维表面包覆Ni或SiO2涂层改善了碳纤维与Mg基体的润湿性;包覆Ni涂层的碳纤维在Mg基体中分布均匀,并在其界面处生成金属间化合物Mg2Ni,界面为强结合;碳纤维表面的SiO2涂层与Mg进行少量的反应生成MgO和Si,界面结合好.能很好地传递载荷.     

碳纤维和芳纶纤维的蚀刻改性及其复合材料界面结合性能研究进展

纤维作为复合材料中的增强体,在实现应力传递、承担外部载荷等方面发挥了重要作用.通常纤维与树脂基体的结合性能极大地取决于纤维表面的微观形貌和化学性质,其界面结合的强度则决定了复合材料的综合性能和应用范围.为了最大提升纤维材料与树脂基体的界面结合能力,在应用前需对纤维材料进行有效的表面改性处理.其中,蚀刻法同时涉及了纤维表面的物理变化和化学变化,具有高效的表面改性能力,能显著地改变纤维表面的物理化学性质.综述了表面蚀刻这一改性思路分别在碳纤维和芳纶纤维中的实际应用,针对两种纤维各自的性质,提出了酸性溶液蚀刻、有机溶液蚀刻、电化学阳极氧化、等离子体处理、微波辐射、超声波蚀刻等常用蚀刻改性方法,对各方法的优缺点和应用进行了讨论.总结并对比了蚀刻介质、蚀刻工艺对纤维表面微观形貌、化学性质、力学性能以及复合材料界面结合性能等方面的影响.讨论了当前纤维材料与树脂基体界面结合的机理与界面表征方法的研究现状.此外,还对未来的发展方向和要求进行了展望,提出应该聚焦纤维表面腐蚀行为,优化传统改性方法,开发多种方法协同作用的改性新工艺.同时基于现有技术,发展更为先进的界面表征手段,进一步加深对纤维表面腐蚀行为与复合材料界面性能之间影响机制的理解.     

碳纤维复合材料/钛合金激光连接界面微织构调控工艺研究

碳纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）与钛合金复合结构的高质量连接是实现飞机轻量化以及高强度制造的关键。采用激光高速旋转焊接技术进行CFRTP/钛合金复合结构的连接,通过在钛合金表面制备不同尺寸网格型微织构研究了界面状态对CFRTP/钛合金接头强度的影响规律。结果表明,钛合金表面微织构的制备可以显著提升接头强度,且不同线间距下的微织构对接头的强度有直接影响,线间距越小,接头强度越高;在CFRTP与钛合金微织构中间添加PA树脂层,有利于提高接头强度。     

碳纤维复合贴片的界面行为研究

采用低温等离子体法对碳纤维进行表面处理,并在微波固化条件下将碳纤维与环氧树脂复合成形,制得碳纤维复合贴片.采用X射线光电子能谱仪对碳纤维表面的元素组成进行了表征,采用扫描电镜和能量散射光谱(EDS)对碳纤维/树脂界面区的形貌和元素分布进行了表征.结果表明:碳纤维经处理后,其表面氨基官能团的含量增大,有利于纤维与树脂的化...     

表面改性对碳纤维及其复合材料性能影响的研究进展

综述了近几年国内外碳纤维表面处理的研究工作,重点报告了目前常用的液相氧化法、等离子聚合法、上浆法3种碳纤维表面处理技术的研究进展。通过总结和对比,分析了3种碳纤维表面处理的作用机理和工艺的优缺点,并综述了3种表面处理技术对碳纤维的表面形貌、强度、浸润性、界面性能以及复合材料的力学性能的影响。在此基础上,指出目前对碳纤维表面处理技术存在的问题,并给出相应的建议,为碳纤维表面处理技术的优化和研究应用提供参考和帮助。     

碳纤维/树脂基复合材料铣削表面粗糙度及表面形貌研究

目的研究了CFRP材料铣削加工过程中,部分主要工艺对CFRP材料加工表面质量的影响规律,为工艺参数优化,提高此类零件的表面质量提供依据。方法设计了CFRP材料铣削中的切削参数、刀具结构、加工方法与加工表面粗糙度及表面形貌之间的单因素试验。通过单调改变一个切削参数而其余切削参数不变,得到了工件表面粗糙度和表面形貌随切削参数、刀具结构、加工方法的变化规律。结果当铣削速度增大时,工件的表面粗糙度变化不大,表面微坑缺陷的数量却有所增加,但变小、变浅。当进给速度增大时,工件表面粗糙度呈上升趋势,表面缺陷也随之增加。无涂层多齿刀具铣削后的工件表面粗糙度最大,其次是金刚石涂层多齿刀具铣削的工件,最小的是金刚石涂层交错齿刀具铣削的工件。多齿刀具加工后的表面有较多的微坑缺陷,但普遍深度较浅且面积较小。交错齿刀具对分层缺陷的抑制作用最明显,但在左旋和右旋刀齿交错处容易出现较严重的加工缺陷。与普通机械加工方法相比,超声振动加工方法得到的工件表面质量较好,可以有效减少表面微坑缺陷,改善CFRP铣削加工表面质量。结论 CFRP材料铣削加工时,为了获得较好的加工表面质量,切削参数应选用较高的切削速度和较低的进给速度,切削刀具宜选用多齿带涂层刀具。和普通机械加工方法相比,超声振动铣削加工方法更为有利于获得好的表面质量。     

上浆剂对国产碳纤维/聚酰亚胺复合材料界面性能的影响

采用2种高温型上浆剂（溶液型和乳液型）对国产CCF300（表面已去浆）碳纤维进行上浆处理。通过扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和接触角测试等手段,研究上浆剂对碳纤维表面性能的影响。通过对层间剪切强度（ILSS）的测试,研究上浆剂对碳纤维增强聚酰亚胺复合材料界面性能的影响。结果表明：2种上浆剂均能在碳纤维表面引入大量含氧官能团,增加碳纤维的表面能,并改善碳纤维与树脂间的浸润性;溶液型上浆剂使复合材料的ILSS提高了17%,乳液型上浆剂使复合材料的ILSS提高了12%,在高温下溶液型上浆剂表现出更好的耐热性能。     

SiC纤维表面去碳处理对PIP-SiCf/SiC复合材料力学性能以及界面影响

采用强度测试、SEM、HRTEM等分析测试手段对纤维表面去碳前后SiC纤维强度、复合材料力学性能、纤维表面形貌、复合材料断口形貌以及复合材料界面特征进行分析表征.结果表明,去碳处理后,纤维表面的固有缺陷暴露出来,纤维强度下降约15%,但由其制备的复合材料强度下降只有原纤维制备复合材料的1/6;复合材料断口非常平整,纤维...     

碳纤维表面 h-BN 耐高温涂层的制备及表征

目的在碳纤维表面制备六方氮化硼涂层,以提高纤维的抗氧化、耐高温性能,拓宽其在高温领域的应用。方法以硼酸、尿素、氨气和氮气作为原始材料,先通过浸渍法在碳纤维表面涂覆硼酸和尿素的混合溶液,然后将其放置在氨气和氮气氛围中进行高温热解。采用电子显微镜分析涂层的形貌,观察涂层与碳纤维的结合是否良好;采用傅里叶红外光谱、X射线电子能谱及X射线衍射等测试技术对涂层的成分和结构进行表征。结果碳纤维表面的涂层连续,形貌良好。红外光谱中,在1399,799 cm-1处存在B—N键和B—N—B键的特征峰。X射线衍射图谱中,在43.64°和53.93°存在六方氮化硼(001)晶面和(004)晶面的特征峰。X射线电子能谱分析表明,涂层中存在O,B,C和N四种元素,且B与N的原子比接近1∶1。结论实验中成功制备了h-BN涂层碳纤维,且涂层和碳纤维结合较好。涂层中的h-BN结晶度良好,纯度较高,但少量氧化物的存在会对h-BN涂层碳纤维耐高温性的提升有所影响,如何进一步提高h-BN涂层的纯度有待研究。     

碳（石墨）纤维增强镁基复合材料的界面研究

采用透射电子显微技术及高分辨技术，对Ｃ／Ｍｇ复合材料界面的显微结构进行了研究，发现在纤维与基体的界面上存在着Ａｌ元素的偏聚；碳纤维的石墨化程度不同，界面形态不同，石墨化程度较低时，界面处有一层约１μｍ厚的细晶粒层存在，石墨化程度较高时，界面处平直光滑；界面处有析出物γ－Ｍｇ１７Ａｌ１２存在；近界面区存在着大量晶体缺陷，主要为位错和孪晶，并有残余应变层存在；当碳纤维表面有ＳｉＣ涂层时，在涂层与基体间     

载荷下碳纤维复合材料电阻变化研究进展

碳纤维复合材料中具有良好导电性能的碳纤维相互接触形成了导电网络,在外部载荷作用下会发生分层损伤、纤维断裂等损伤或破坏,从而引起导电网络发生变化,改变导电性能,导致电阻发生变化。阐述了国内外在碳纤维复合材料常见导电理论和计算模型相关方面的研究结果,及载荷下碳纤维复合材料电阻变化的研究情况等,指出碳纤维复合材料电阻变化研究存在的不足,并提出了碳纤维复合材料电阻变化研究的趋势。     

碳纤维增强聚酰胺（PA/CF）复合材料的研究进展

通过对各种碳纤维增强尼龙复合材料的进展和存在问题的分析,综述了国内外碳纤维及碳纤维增强尼龙复合材料的发展概况、结构、性能及先进的工艺方法。针对近年来该材料的研究热点,对其界面性能、增强及增韧进行重点阐述,同时介绍了碳纤维增强尼龙复合材料未来的研究及发展趋势。