碳纖維浸潤(rùn)性及其復(fù)合材料性能研究.pdf

1、碳纖維(CF)增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(CFRP)是先進(jìn)復(fù)合材料的典型代表，具有密度小、力學(xué)性能優(yōu)異、耐熱、耐低溫等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、軍事、汽車、體育等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。然而CF表面光滑呈惰性，與樹脂基體的界面粘結(jié)性差，限制了CFRP復(fù)合材料性能的發(fā)揮。針對(duì)CF與樹脂基體界面粘結(jié)性差這一問題，本文分別選用T700碳纖維和雙酚A型環(huán)氧樹脂(EP)作為復(fù)合材料的增強(qiáng)相和樹脂基體，展開CF的表面處理及其CFRP復(fù)合材料的研究。
　　

2、本文采用了硅烷偶聯(lián)劑A-171、KClO3/H2SO4溶液和經(jīng)過KClO3/H2SO4處理過的再用偶聯(lián)劑三種方法對(duì)CF進(jìn)行表面改性，并分別對(duì)處理前后的CF制備了CF/EP復(fù)合材料。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、X-光電子能譜(XPS)、單絲拉伸強(qiáng)度測(cè)試及接觸角測(cè)試等方法研究了處理前后CF表面形貌、表面粗糙度、表面元素組成及化學(xué)結(jié)構(gòu)、單絲拉伸強(qiáng)度及表面浸潤(rùn)性能的變化。結(jié)果表明經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理的纖維表面粗糙度幾乎無

3、變化，單絲拉伸強(qiáng)度稍有增加，纖維表面活性增加顯著尤其是C=O鍵增加最為明顯，浸潤(rùn)性得以改善;經(jīng)過KClO3/H2SO4處理的纖維表面粗糙度增加明顯，單絲拉伸強(qiáng)度降低了15.41％，纖維表面活性增加顯著尤其是COO-鍵，浸潤(rùn)性也得到很好的改善。
　　 利用層間剪切強(qiáng)度(ILSS)評(píng)價(jià)了復(fù)合材料的界面性能，結(jié)果表面出直接偶聯(lián)劑處理過的CF較未處理的CF乙烯基復(fù)合材料層間剪切性能提高了7.77％，環(huán)氧復(fù)合材料提高了13.17％;經(jīng)過K

4、CLO3/H2SO4溶液處理后CF乙烯基復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度較未處理的提高了19.28％，環(huán)氧復(fù)合材料提高了15.13％;經(jīng)KCLO3/H2SO4處理后再用偶聯(lián)劑處理的乙烯基復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度比未處理的提高了24.64％，環(huán)氧復(fù)合材料提高了22.35％。通過復(fù)合材料斷口形貌觀察可以發(fā)現(xiàn)未處理CF環(huán)氧樹脂復(fù)合材料界面性能較差，經(jīng)過偶聯(lián)劑和KClO3/H2SO4處理的CF環(huán)氧復(fù)合材料界面仍不甚理想;經(jīng)先KClO3/H2SO4處理又偶聯(lián)