國產(chǎn)CCF-1碳纖維的表征及其雙馬來酰亞胺樹脂基復(fù)合材料的性能與固化動力學(xué)研究.pdf

1、對國產(chǎn)碳纖維及其雙馬來酰亞胺樹脂(BMI)基復(fù)合材料的性能表征以及固化動力學(xué)的研究能為我國自產(chǎn)碳纖維的性能優(yōu)化以及替代進(jìn)口碳纖維的應(yīng)用推廣方面提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。本文以國產(chǎn)CCF-1 T300碳纖維以及臺塑9307 T300、東邦HTA T300、東麗T300B和T800H四種進(jìn)口碳纖維作為實(shí)驗(yàn)對象，用SEM、AFM和XPS對五種碳纖維除膠前后的表面形貌和活性官能團(tuán)進(jìn)行了對比分析，并對五種碳纖維與BMI樹脂基體結(jié)合所制備的CF/BM

2、I復(fù)合材料進(jìn)行性能表征，最后用DMTA法研究了五種CF/BMI復(fù)合材料的固化動力學(xué)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，五種纖維所用上膠劑均為雙酚A型環(huán)氧樹脂。SEM和AFM的結(jié)果表明上膠后的纖維表面比較光滑，粗糙度下降，上膠劑能夠撫平碳纖維表面毛糙，減少斷絲。XPS結(jié)果表明，碳纖維上膠后氧/碳原子比例增高，碳纖維的表面活性得到提高，界面結(jié)合增強(qiáng)，復(fù)合材料性能提高。上膠后纖維復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度(IFSS)和層間剪切強(qiáng)度(ILSS)以及彎曲性能均

3、比除膠纖維復(fù)合材料的高，從而證明了上膠劑能夠改善纖維表面，提高界面結(jié)合程度，增強(qiáng)復(fù)合材料的界面性能。在四種T300級碳纖維中，國產(chǎn)CCF-1 T300碳纖維的表面最為光滑，表面活性最高，因此表現(xiàn)出了最優(yōu)異的界面性能，其BMI樹脂基復(fù)合材料的IFSS和ILSS值分別為161MPa，和108MPa。其斷裂韌性G<,IC>平均值約為350 J/m<'2>，與東邦HTAT300型纖維的類似，但與T800 CF相比G<,IC>仍偏低。 對

4、CF/BMI復(fù)合材料固化動力學(xué)的研究表明，溫度是影響固化反應(yīng)程度的主要因素，上膠劑和纖維種類對固化反應(yīng)程度影響不大。碳纖維的表面活性官能團(tuán)能夠影響復(fù)合材料的初始松弛時間和反應(yīng)活化能，-COOH基團(tuán)的存在有利于固化反應(yīng)進(jìn)行，而-C=O基團(tuán)阻礙BMI樹脂基體與碳纖維的結(jié)合。基于此，臺塑9307 T300、東邦HTA T300和東麗T300B纖維復(fù)合材料除膠后固化反應(yīng)難以進(jìn)行，而國產(chǎn)CCF-1和東麗T800H纖維復(fù)合材料除膠后固化反應(yīng)反而加速