碳纖維的表面修飾及其復(fù)合材料界面性能的研究.pdf

1、碳纖維憑借其優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)性能，成功躋身于新型高性能纖維的行列。高比強(qiáng)、高比模量、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐高溫等特性使碳纖維極具市場(chǎng)應(yīng)用的前景，但其惰性、光滑的表面難以與其他材料復(fù)合，極大程度上限制了碳纖維的應(yīng)用。橡膠產(chǎn)業(yè)自進(jìn)入工業(yè)實(shí)用階段至今，已逐步滲透到軍民生活的各個(gè)領(lǐng)域，輪胎、膠帶、膠板等制品的發(fā)展為連續(xù)碳纖維作為骨架材料提供了廣闊的平臺(tái)，但目前連續(xù)碳纖維與橡膠復(fù)合材料尚未有系統(tǒng)的研究。多巴胺修飾作為一種新型、環(huán)保的表面修飾方法，適用于多

2、種有機(jī)、無機(jī)界面，操作簡(jiǎn)單，條件溫和，同時(shí)可以為二次功能化提供平臺(tái);而硅烷偶聯(lián)劑常用于橡膠填料的表面處理，與橡膠具有很好的相容性，因此本文中采用多巴胺修飾及硅烷偶聯(lián)劑二次功能化的方法對(duì)連續(xù)碳纖維進(jìn)行改性，提高碳纖維/橡膠復(fù)合材料的界面性能。
　　(1)在碳纖維表面進(jìn)行多巴胺修飾，并探究了多巴胺初始濃度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度對(duì)改性效果的影響，確定了多巴胺修飾碳纖維合適的反應(yīng)條件為多巴胺初始濃度1.5 g/L，反應(yīng)時(shí)間4h，反應(yīng)溫度為3

3、0℃，此時(shí)纖維表面形貌與元素組成變化明顯，改善了碳纖維的表面特性。
　　(2)在多巴胺修飾的基礎(chǔ)上，接枝硅烷偶聯(lián)劑KH570，探究了硅烷偶聯(lián)劑的初始濃度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度對(duì)改性效果的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)KH570濃度為4.0 wt.％，反應(yīng)時(shí)間8h，反應(yīng)溫度為60℃時(shí)KH570對(duì)纖維的改性效果最為理想，H抽出力較碳纖維原料增長(zhǎng)了172％。同時(shí)，對(duì)復(fù)合材料界面的耐熱氧老化性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在60℃至180℃老化24 h條件下改性纖維的H抽出

4、力力值均維持在較高水平，保持率穩(wěn)定，并始終優(yōu)于未處理、單獨(dú)多巴胺修飾、單純接枝KH570的對(duì)照組，表明改性纖維在常溫、熱氧老化條件下均保持優(yōu)異的界面粘合性能。
　　(3)在多巴胺修飾的基礎(chǔ)上，接枝硅烷偶聯(lián)劑KH560、KH550、Si69，探究了幾種硅烷偶聯(lián)劑的初始濃度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度對(duì)改性效果的影響，分別確定合適的接枝條件。KH560最佳的功能化條件為濃度1.0 wt.％，溫度40℃，反應(yīng)時(shí)間2h;此時(shí)制備的CF-PDA-K