碳纖維-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備及界面性能的研究.pdf

1、本文利用溶膠.凝膠法,以硅烷偶聯(lián)劑(KH550)和正硅酸乙酯(TEOS)為前軀體,固體酸對(duì)甲苯磺酸為催化劑,原創(chuàng)性地制備出一種固化后具有膜粒結(jié)構(gòu)的表面處理劑;利用該表面處理劑對(duì)碳纖維進(jìn)行表面改性處理,探討表面改性對(duì)碳纖維外觀形態(tài)、力學(xué)性能等的影響;在此基礎(chǔ)上,將碳纖維與環(huán)氧樹脂復(fù)合,研究表面改性對(duì)碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料界面性能的影響。
　　 通過(guò)對(duì)表面改性劑制備工藝的優(yōu)化,原位制得了固化后粒子分散均勻,尺寸均一,具有“膜粒結(jié)構(gòu)

2、”的碳纖維表面處理劑,膜粒的粒子尺寸在20-30nm,膜與粒子之間相互有很好的連續(xù)性,同時(shí)制得的表面改性劑中Si-O-Si和Si-OH的紅外吸收峰明顯,硅烷偶聯(lián)劑與納米SiO2之間有共價(jià)鍵存在,通過(guò)線性熱膨脹系數(shù)測(cè)定,發(fā)現(xiàn)表面改性劑的熱膨脹系數(shù)介于碳纖維與環(huán)氧樹脂之間,這為減少碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料界面的殘余應(yīng)力,提供了良好的基礎(chǔ)。因此,該表面改性劑為碳纖維的表面改性提供了新的選擇。
　　 將制備的表面改性劑用于碳纖維的表面改性,探

3、索表面處理工藝對(duì)碳纖維改性效果的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn):表面處理工藝對(duì)處理后碳纖維的外觀形態(tài)、力學(xué)性能有一定的影響,表面改性劑未經(jīng)陳化直接涂覆到纖維表面之后,纖維表面粗糙,呈現(xiàn)明顯的納米SiO2顆粒;表面改性劑經(jīng)過(guò)陳化后,再涂覆到纖維表面之后,纖維表面較平整,表面的凹槽得到填補(bǔ),納米SiO2顆粒被包覆在膜結(jié)構(gòu)中;碳纖維經(jīng)過(guò)表面改性劑處理后其拉伸強(qiáng)度得到明顯提高,顯示表面改性劑對(duì)碳纖維有顯著的補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)效果。
　　 在此基礎(chǔ)之上,將改性后的

4、碳纖維與環(huán)氧樹脂進(jìn)行復(fù)合,研究了碳纖維與環(huán)氧樹脂界面的結(jié)合性能,結(jié)果表明:經(jīng)過(guò)表面處理后的碳纖維制備的碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的界面性能都有明顯的改善,其中經(jīng)過(guò)硝酸預(yù)處理之后用陳化后的表面改性劑進(jìn)行改性的碳纖維制備的復(fù)合材料其界面剪切強(qiáng)度(IFSS)達(dá)到了26.74MPa,然而只經(jīng)過(guò)丙酮處理的碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料其IFSS值只有13.52MPa;增長(zhǎng)幅度將近一倍。該方法尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道,為提高碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的界面性能提供了新的思路