含CNTs界面相的構(gòu)筑及對(duì)CF-UP復(fù)合材料界面性能的影響.pdf

1、隨著低成本大絲束碳纖維的快速發(fā)展，高強(qiáng)輕質(zhì)的碳纖維增強(qiáng)不飽和聚酯（CF/UP）復(fù)合材料在汽車輕量化領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力。同環(huán)氧樹脂相比，不飽和聚酯成本更低，可快速固化，制品具有“A”級(jí)表面，但不飽和聚酯體積收縮率過(guò)高導(dǎo)致其復(fù)合材料界面結(jié)合性能差，限制了CF/UP復(fù)合材料在汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　本文以CF/UP復(fù)合材料為研究對(duì)象，分別通過(guò)上漿涂覆和化學(xué)接枝的方式將碳納米管（CNTs）、含雙鍵柔性鏈段等引入復(fù)合材料界面微區(qū)，在實(shí)現(xiàn)界面化

2、學(xué)鍵合和構(gòu)建納米級(jí)粗糙表面的同時(shí)通過(guò) CNTs和柔性鏈段抑制界面區(qū)體積收縮，在保證界面結(jié)合的前提下改善復(fù)合材料沖擊韌性。
　　上漿涂覆部分首先進(jìn)行上漿劑主體聚合物篩選，選取四種不同結(jié)構(gòu)類型的樹脂作為上漿劑主體聚合物，研究主體聚合物化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)漿料涂覆均勻性、纖維表面浸潤(rùn)性、纖維表面基團(tuán)組成等性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，主體聚合物為乙烯基樹脂和環(huán)氧樹脂的上漿劑具有相對(duì)優(yōu)異的涂覆均勻性，纖維表面能相比裸纖均有20％以上的提高，而主體聚合物為不

3、飽和聚酯的上漿劑則無(wú)法在纖維表面均勻涂覆。乙烯基樹脂和環(huán)氧樹脂型上漿劑涂覆處理后，纖維表面出現(xiàn)大量可有效增強(qiáng)纖維表面浸潤(rùn)性的羥基。MR13006型上漿劑涂覆后，纖維表面氧元素含量最高，O-C=O基團(tuán)較多，而羥基含量相對(duì)較少。界面結(jié)合強(qiáng)度和耐沖擊性能測(cè)試結(jié)果表明，M7270和R806型上漿劑對(duì)CF/UP復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度的改善效果較為理想。環(huán)氧樹脂和MR13006型上漿劑對(duì)界面結(jié)合強(qiáng)度的改善并不明顯，而以上四種上漿劑對(duì)CF/UP復(fù)合材料

4、的沖擊韌性均無(wú)明顯改善。
　　選擇篩選出的R806和M7270型乙烯基樹脂作為上漿劑主體聚合物，通過(guò)自由基聚合和逐步聚合機(jī)理設(shè)計(jì)界面化學(xué)反應(yīng)，制備含功能化 CNTs的乙烯基酯類上漿劑，探討含CNTs界面相對(duì)CF/UP復(fù)合材料沖擊韌性的影響。結(jié)果表明，功能化CNTs在纖維表面具有良好的分散性。經(jīng)CNTs上漿劑涂覆后，纖維表面能及表面粗糙度同時(shí)增大，有利于提高基體樹脂在纖維表面的鋪展和增強(qiáng)纖維同基體樹脂的機(jī)械嚙合。界面結(jié)合強(qiáng)度和沖擊性

5、能測(cè)試結(jié)果表明，相比無(wú)CNTs的乙烯基酯類上漿劑，CNTs上漿劑在改善復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度的前提下，有效提高復(fù)合材料沖擊韌性，CNTs對(duì)沖擊裂紋擴(kuò)展的限制作用及對(duì)界面機(jī)械嚙合的促進(jìn)作用是沖擊韌性改善的關(guān)鍵。
　　以柔性聚丙烯酰氯作為“橋梁”，將CNTs和含有柔性鏈段的十一烯醇分別接枝在纖維表面，探討多尺度增強(qiáng)體對(duì)復(fù)合材料界面性能影響。結(jié)果表明，多尺度增強(qiáng)體有效抑制界面區(qū)不飽和聚酯的體積收縮，提高復(fù)合材料沖擊韌性。聚丙烯酰氯化學(xué)接枝

6、十一烯醇所形成的柔性鏈一端通過(guò)化學(xué)鍵接枝纖維表面，另一端通過(guò)不飽和雙鍵參與不飽和聚酯基體固化，在纖維和樹脂之間引入具有化學(xué)鍵合的柔性鏈段，有利于提高界面結(jié)合強(qiáng)度。同時(shí)，多尺度增強(qiáng)體表面的極性基團(tuán)使纖維表面氧元素含量提高，表面能增大，有利于不飽和聚酯以分子級(jí)的接觸距離在纖維表面鋪展，避免缺陷產(chǎn)生。CNTs構(gòu)造的納米級(jí)粗糙表面有助于錨定界面區(qū)樹脂，限制其分子運(yùn)動(dòng)，提高纖維和樹脂間的機(jī)械鎖合作用，而柔性鏈段在沖擊破壞過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)能力可有效抑制