鋼背-碳織物增強(qiáng)復(fù)合材料界面結(jié)合機(jī)理與強(qiáng)化研究.pdf

1、重載摩擦副是成型裝備關(guān)鍵部件之一，摩擦副的機(jī)械性能將直接影響成型設(shè)備的性能，金屬基背襯型聚合物自潤滑復(fù)合材料是一種新型高性能的摩擦副材料，由于其機(jī)械性能優(yōu)越、無污染、成型工藝簡單、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為新型重載摩擦副材料發(fā)展趨勢之一。
　　 本文在制備鋼背/碳織物增強(qiáng)-聚合物襯層復(fù)合材料摩擦副基礎(chǔ)上，以強(qiáng)化金屬/聚合物、碳纖維/聚合物界面結(jié)合性能為目標(biāo)，通過研究金屬表面預(yù)處理、碳纖維織物(CF)表面預(yù)處理工藝和方法，依據(jù)微觀分析

2、和機(jī)械性能檢測，探討了不同表面處理方法對兩大界面機(jī)械性能的影響及其機(jī)理，以期獲得符合重載摩擦副技術(shù)要求的最優(yōu)界面處理方法和工藝。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　 首先，研究了金屬表面機(jī)械和化學(xué)預(yù)處理（機(jī)械劃痕、砂紙打磨、噴砂、酸洗、磷化、硅烷偶聯(lián)劑處理）的工藝和方法，通過拉伸剪切實(shí)驗研究了各種處理方法對金屬/聚合物界面結(jié)合性能的影響，并依據(jù)表面粗糙度輪廓儀、超景深三維顯微鏡、SEM掃描電鏡對金屬表面形貌的觀察，研究了不同預(yù)處理方法

3、對界面粘結(jié)強(qiáng)度影響的機(jī)理。結(jié)果表明:機(jī)械劃痕、砂紙打磨、噴砂，都可以粗化金屬表面。當(dāng)機(jī)械劃痕形成溝槽過大時，易產(chǎn)生“充不滿”現(xiàn)象，同砂紙打磨相比，噴砂處理表面增加了各向異性;酸洗處理得到了更清潔的活性表面且能形成的微孔結(jié)構(gòu)，有利于化學(xué)鍵形成，磷化處理后金屬表面形成了顯微空隙和裂紋結(jié)構(gòu)，增加了結(jié)合面積，經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理后，金屬表面形成“分子鍵橋”，使金屬/聚合物界面主要以化學(xué)鍵形式連接，粘結(jié)強(qiáng)度最高為23.11MPa。
　　 其次

4、，研究了碳織物表面不同預(yù)處理（氣相氧化、液相處理、偶聯(lián)劑涂覆、雙效處理）工藝和方法，利用層間剪切實(shí)驗研究了以上處理方法對碳纖維/聚合物界面結(jié)合性能的影響，并依據(jù)SEM掃描電鏡、AFM、化學(xué)元素(EA)、傅里葉紅外、機(jī)械性能研究碳織物處理前后表面形貌、斷面形貌、表面粗糙度、化學(xué)元素、表面官能團(tuán)、機(jī)械性能的變化，得出以下結(jié)論:未處理CF的表面光滑，比表面積小，邊緣缺少活性碳原子呈惰性，表面能低，機(jī)械性能較差;空氣氧化處理以刻蝕作用為主，增加

5、碳纖維表面粗糙度，但表面化學(xué)活性影響較小;液相氧化中最優(yōu)氧化工藝為濃硝酸95℃/90min，濃硝酸處理碳纖維織物時，機(jī)械錨定作用對復(fù)合材料的界面粘結(jié)起主導(dǎo)作用，增加活性化學(xué)元素起輔助作用;常溫下不同濃度硅烷偶聯(lián)劑處理，偶聯(lián)劑KH560濃度為3％時IFSS達(dá)到43.2MPa，彎曲強(qiáng)度為1088.9MPa、拉伸強(qiáng)度為538.1MPa、沖擊強(qiáng)度為72.2KJ·M-2、壓縮強(qiáng)度為551.3MPa，偶聯(lián)劑為雙性分子，能同時與碳纖維、聚合物發(fā)生反應(yīng)