电热载荷对碳纤维复丝拉伸性能的影响

由于复合材料具有组成多元、各向异性等特点,电热载荷作用下碳纤维复合材料内部的响应行为十分复杂。为了研究碳纤维复合材料的电热响应,首先采用自制电热损伤试验平台,测试了不同电流强度下碳纤维复丝试样的表面温度分布,获得了碳纤维复丝电阻随温度的变化规律,初步揭示了碳纤维复丝具有温敏效应。然后,考察了不同电流处理条件下碳纤维复丝拉伸强度、断裂伸长率和拉伸模量的变化规律,并运用SEM和FTIR对电流处理前后材料的形貌和微观结构变化进行了分析。研究结果表明:纤维在通电过程中的产热效应促进了基体的进一步固化,同时提高了复丝界面的粘结性能;然而,当电流强度过大时,复丝的拉伸强度会因纤维本体的损伤或基体及界面层的烧蚀破坏而降低,从而降低了碳纤维复合材料的性能。      

常压等离子处理碳纤/玻纤间隔织物的效果表征

碳/玻纤间隔织物是一种新型结构的纤维增强材料,其纤维与树脂的结合牢度是决定其复合材料性能的主要因素。为了进一步改善碳纤维和玻璃纤维与树脂的界面结合性能,本文采用不同功率的常压低温等离子技术对整体中空织物进行处理,然后通过扫描电镜、吸光率表征、玻纤单丝微脱粘测试以及碳纤维复丝拉伸性能测试等对织物中的碳纤维与玻璃纤维进行表征。研究结果表明,经过等离子处理后,混杂织物中的面层和芯材均受到等离子体刻蚀,纤维表面的官能团增多,纤维浸润性界面结合性能得到改善。同时,研究结果还表明,等离子处理碳/玻间隔织物的改性效果随着功率的增加是先增加后降低,在功率为150w的常压低温等离子处理的效果最佳。     

碳纤维阳极氧化法处理对复合材料界面性能的影响

利用阳极氧化法对碳纤维进行表面改性处理,研究了碳纤维处理前后表面化学组成,纤维复丝拉伸强度和复合材料的层间剪切强度（ＩＬＳＳ）。结果表明,经阳极氧化处理碳纤维表面的含氧、含氮极性官能团数目增加,纤维复丝拉伸强度有所下降,复合材料的ＩＬＳＳ值提高。同时通过实验结果分析,阐明阳极氧化处理使复合材料界面性能改善的机理。     

面向3D打印的连续碳纤维上浆工艺及其对复合材料性能的影响

对连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTPCs)进行3D打印能够实现无模具快速制造,扩展增材制造的实际应用。为进一步提高3D打印连续碳纤维增强复合材料制件的性能,采用热塑性上浆剂对干碳纤维进行上浆处理,以尼龙6(PA6)为基体打印连续碳纤维增强复合材料,对比了上浆前后碳纤维表面性质及复合材料力学和界面性能。结果表明,上浆后碳纤维表面极性官能团增加,纤维与树脂浸润性改善;纤维表面粗糙度增加,纤维与树脂的机械结合力增强;上浆后碳纤维增强PA6复合材料较原始碳纤维增强PA6复合材料层间剪切强度提高42. 2%,层间结合增强,弯曲强度提高了82%,弯曲模量提高2. 46倍; 3D打印的上浆后碳纤维增强PA6复合材料试样断面上有明显纤维拔出现象,界面性能显著改善。     

国产800级碳纤维表面状态及其复合材料界面性能EI北大核心CSCD

通过扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱（XPS）、复丝拉伸法、单丝拉伸法及单丝断裂法对3种国产800-12K碳纤维表面状态及其复丝拉伸性能、单丝复合体系的界面性能进行系统分析与研究。结果表明：3种国产800级碳纤维表面均较为光滑,纤维的粗糙度为9-17nm,纤维表面含氧量较高且稳定,O/C在0.23~0.27之间;3种国产800级碳纤维复丝拉伸强度相当,质量控制稳定,断裂伸长率为1.9左右,纤维与树脂基体匹配性较好;3种国产800级碳纤维单丝拉伸强度不稳定,纤维的表面化学活性对纤维与树脂基体的界面结合强度影响显著。     

碳纤维复丝和单丝拉伸性能测试方法

简要介绍了碳纤维复丝和单丝拉伸性能测试中线密度测定、试样制备、预加载设定的方法以及拉伸试验中的注意事项,这些都是精确测试碳纤维力学性能的重要影响因素。     

碳纤维表面改性及对其复合材料性能的影响

采用γ射线辐照法、电化学聚合法改性碳纤维表面,研究了以三缩四乙二醇为接枝单体,在不同的辐照剂量下辐照处理碳纤维,以及电化学聚合衣康酸改性碳纤维。利用扫描电子显微镜、X光电子能谱仪、电子万能试验机研究了处理前后的碳纤维的表面形貌、复合材料的断面形貌、表面化学组成及复合材料层间剪切强度(ILSS)的变化。研究结果表明,2种处理方法都能有效提高碳纤维表面活性,与环氧树脂的浸润性提高,复合材料断面纤维拔出明显减少。在200kGy的辐照剂量下处理得到的碳纤维与环氧树脂复合材料的ILSS的提高幅度最大,达到31.2%。同时经电聚合处理后的碳纤维与环氧树脂复合材料的ILSS的提高幅度要大于经γ射线辐照处理后的试样,达到40%。     

常压空气等离子体对连续纤维的在线改性

采用常压空气介质阻挡放电(DBD)等离子体技术,分别对PBO、Armos和Twaron 3种高性能连续纤维进行了在线改性处理。使用X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、单丝拉伸强度(SFTS)和层间剪切强度(ILSS)等手段对比分析了纤维化学组成、物理形貌与粗糙度、拉伸性能以及纤维增强复合材料界面粘结性能的变化。结果表明:DBD改性后3种纤维表面的氧、氮元素含量以及粗糙程度均增加,其增强的复合材料ILSS分别提高了18.6%,10.2%和24.8%。但是3种纤维的表面氧、氮含量增加程度以及受刻蚀程度却有显著的差异。这可能与纤维的分子构成和耐热性能有一定的关系,综合影响了DBD对复合材料界面粘结性能的改善。同时,在纤维表面及其复合材料界面性能明显改善的等离子体处理条件下,纤维的SFTS没有明显的下降。     

氧气DBD等离子体处理PBO纤维表面及其对双马树脂基复合材料界面性能的影响

采用氧气介质阻挡放电(DBD)等离子体处理PBO纤维表面,用以改善PBO纤维与双马来酰亚胺(BMI)树脂之间的界面粘结性能。结果表明,用氧气等离子体处理PBO纤维能大幅度提高PBO/BMI复合材料的层间剪切强度(ILSS)值,最佳处理条件为功率30 W/m³、时间24 s,ILSS值从43.9 MPa提高到62.0 MPa。经过氧气DBD等离子体处理的PBO纤维其表面的氧含量明显提高,氮含量变化不大,甚至在过度处理时降低;官能团-O-C=O基团的含量从0提高到3.16%,-C-O-的含量也明显提高;在氧气DBD等离子体处理后的PBO纤维表面产生大量凹凸不平和沟壑,使纤维表面的粗糙度提高。而表面氧含量的提高和表面形貌与粗糙度的变化,是PBO/BMI复合材料ILSS值提高的重要原因。单丝拉伸实验结果表明,适当的DBD等离子体处理不会对PBO纤维表面产生不良影响,不影响其在复合材料中的作用。     

等离子体处理对国产高强碳纤维复合材料界面性能影响研究

在100W功率条件下，用氧等离子体对国产T800级碳纤维进行处理，通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱、单丝拉伸强度测试等方法对处理前后碳纤维表面物理化学特性进行表征，采用微脱粘方式研究了等离子体处理前后碳纤维环氧树脂复合材料界面的结合性能。结果表明：等离子体处理使碳纤维表面发生明显刻蚀，显著地提高了其表面化学活性；处理时间为3min时，碳纤维力学性能未发生降低，而其复合材料界面剪切强度值(IFSS)可达最高的88.61MPa,相比于未处理碳纤维复合材料而言，IFSS增幅为97.39%。