超臨界二氧化碳改性碳纖維表面的研究.pdf

1、碳纖維有優(yōu)異的力學(xué)性能,碳纖維/樹(shù)脂復(fù)合材料廣泛應(yīng)用在高科技的各個(gè)領(lǐng)域。然而未經(jīng)處理的碳纖維的表面是由石墨點(diǎn)陣和弱健微晶構(gòu)成的,制備復(fù)合材料時(shí)容易引起與樹(shù)脂基體的弱界面結(jié)合,導(dǎo)致材料性能不高,所以對(duì)碳纖維的表面改性是必要的。超臨界二氧化碳(SCCO2)由于具有低粘度、高擴(kuò)散性,高溶解度和高介電的特性,且它的化學(xué)惰性、無(wú)毒、和環(huán)境友好性等特性,近年來(lái)受到了高度關(guān)注?；诔R界二氧化碳的特殊性質(zhì),本文利用超臨界二氧化碳對(duì)PAN基碳纖維表面進(jìn)

2、行了改性研究。通過(guò)原子力顯微鏡(AFM),掃描電鏡(SEM)考察了超臨界二氧化碳處理前后碳纖維表面狀態(tài)的變化。利用X光電子能譜(XPS)對(duì)超臨界二氧化碳處理前后碳纖維表面元素和官能團(tuán)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,處理溫度升高碳纖維表面O/C降低,由C1s譜峰分析處理前后碳元素的化學(xué)狀態(tài)可知,溫度升高碳纖維表面的含氧官能團(tuán)降低。采用X射線衍射(XRD)研究了超臨界二氧化碳對(duì)碳纖維結(jié)構(gòu)的影響,分析了碳纖維中石墨微晶隨著處理溫度增加的機(jī)制。結(jié)果表明,

3、隨著處理溫度的升高,碳纖維(002)晶系增加,并且石墨微晶厚度Lc和尺寸La增大,因而可知溫度升高碳纖維的石墨化程度降低。采用AFM觀察了超臨界二氧化碳對(duì)碳纖維表面處理,隨著溫度升高發(fā)現(xiàn)碳纖維表面溝槽變深并且碳纖維表面的粗糙度增加。此外單絲拉伸強(qiáng)度在處理后有所下,200℃處理時(shí),強(qiáng)度下降4.4％。通過(guò)碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂的復(fù)合材料件層間剪切強(qiáng)度判斷,在200℃下,超臨界二氧化碳處理過(guò)的碳纖維與環(huán)氧樹(shù)脂的粘結(jié)性提高可達(dá)17.4%,經(jīng)過(guò)超臨界二