多功能SPM對纖維增強環(huán)氧樹脂基復合材料界面性能的研究.pdf

1、纖維（碳纖維與玻璃纖維）增強樹脂基復合材料是先進復合材料的典型代表，具有密度小、力學性能優(yōu)異、耐熱、耐低溫等優(yōu)點，在航空航天、軍事、汽車、體育等領域具有重要的應用前景。對于纖維的改性以及界面形成機理和表征一直是復合材料領域里的熱點問題。對此本文將纖維表面改性方法和原理以及界面表征進行研究。
　　 本文分別選用PAN基碳纖維、E型玻璃纖維和E51型環(huán)氧樹脂作為復合材料的增強體和基體，分別對增強纖維采用臭氧和濃HNO3偶聯(lián)劑涂層處理

2、方法進行改性處理，通過層間剪切強度(ILSS)實驗得到力學性能最高的處理工藝，并采用掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、X光電子能譜(XPS)、單纖拉伸強度測試及浸潤接觸角分析等方法研究了處理前后纖維表面形貌、表面粗糙度、表面元素組成及化學官能團、單纖拉伸強度及表面浸潤性能的變化，分析處理方法對纖維各項性能影響。研究結果表明:經(jīng)過處理的碳纖維表面粗糙度、表面活性基團相對含量和表面浸潤性都有較明顯的提升，這些因素都有利于碳纖

3、維與樹脂基體間的化學鍵結合和機械嵌合作用的增加。玻璃纖維經(jīng)偶聯(lián)劑處理前后表面粗糙度變化不大而接觸角變大，但偶聯(lián)劑與樹脂和纖維間的化學鍵合作用仍能提高界面的粘結性能。
　　 采用SPM的三種模式（力調制、掃描聲學、導電力模式）對碳纖維和玻璃纖維經(jīng)過處理前后的復合材料界面進行研究，探討SPM測試樣品的制備和掃描參數(shù)設置對測試結果的影響，并表征纖維處理前后界面性能的變化。研究結果表明:SPM測試樣品的制作是測試過程中至關重要的一步，經(jīng)

4、多道打磨拋光工序后可以完全滿足測試要求且?guī)缀醪挥绊懡缑嫱暾?。力調制模式對碳纖維復合材料界面表征效果較好，用此模式得出在纖維處理后會在纖維與樹脂之間形成一個硬度和模量的過渡界面層，較纖維未經(jīng)表面處理形成的復合材料相比可以獲得更為完善的界面相，使材料可以更好地傳遞載荷，吸收外界的作用能量，最終使材料的界面力學性能得到顯著提高。掃描探針聲學模式對玻璃纖維復合材料界面表征效果較好，用此模式得出玻璃纖維經(jīng)偶聯(lián)劑處理后復合材料界面附近硬度過渡更為