鈰鹽引發(fā)碳纖維表面接枝反應(yīng)及材料性能研究.pdf

1、碳纖維是樹脂基復(fù)合材料重要的一種增強(qiáng)材料，但由于其表面光滑，活性官能團(tuán)的含量少，表面呈惰性等缺點嚴(yán)重影響到了纖維與樹脂基體之間的界面結(jié)合性能，制約了碳纖維復(fù)合材料總體優(yōu)異性能的發(fā)揮。本文采用“grafting from”的方法，在碳纖維表面引入羥基活性點，利用四價鈰鹽與醇羥基的水溶性氧化還原引發(fā)體系，在碳纖維表面引發(fā)單體聚合，實現(xiàn)碳纖維表面聚合物的接枝改性，強(qiáng)化碳纖維表面的活性，促進(jìn)碳纖維與樹脂界面的粘結(jié)，同時提高復(fù)合材料的抗沖擊性能。

2、
　　本文選用丙烯酰胺、丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯三種接枝單體為研究對象，通過SEM、DCA、IFSS及單絲拉伸強(qiáng)度測試對接枝改性后的碳纖維進(jìn)行表征，確定丙烯酰胺為該體系下最佳的接枝單體。對碳纖維表面接枝聚丙烯酰胺的反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化，確定當(dāng)Ce4+濃度為0.010mol/L，硝酸濃度為0.25mol/L，反應(yīng)溫度為45℃，反應(yīng)時間為5h時，接枝改性后的碳纖維IFSS達(dá)到最高值86.64MPa，與脫漿后的碳纖維相比，提高53.29％。

3、通過對各階段處理后的碳纖維進(jìn)行XPS測式及峰譜擬合分析，明確了碳纖維經(jīng)過氧化、酰氯化、醇解、及接枝聚丙烯酰胺的反應(yīng)機(jī)制。
　　當(dāng)以PEG為引發(fā)活性點時，碳纖維表面PAM的接枝量隨著PEG分子量的增加，呈減少的趨勢。當(dāng)聚乙二醇的分子量為200時，碳纖維表面聚丙烯酰胺的接枝量最高，表面氮元素含量為10.86%。當(dāng)將含有柔性鏈段的嵌段共聚物PEG-b-PAM接枝到碳纖維表面后，復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性得到明顯改善。IFSS、ILSS和抗沖擊

4、性能隨著聚乙二醇分子量的增加，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，當(dāng)聚乙二醇分子量為400時，復(fù)合材料各項力學(xué)性能指標(biāo)達(dá)到最高值，此時，IFSS為92.61MPa，ILSS為74.79MPa，抗沖擊強(qiáng)度為69.35kJ/m2。結(jié)合斷面形貌分析明確了PEG-b-PAM對纖維與樹脂界面增強(qiáng)增韌的原因。首先，聚丙烯酰胺作為環(huán)氧樹脂的固化劑，在固化工藝中與環(huán)氧樹脂形成化學(xué)鍵，提高了纖維與樹脂界面間的化學(xué)作用力，增強(qiáng)了界面結(jié)合質(zhì)量，當(dāng)受載荷沖擊時，界面處裂紋