T700碳纖維-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的催化熱降解研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，具有高強(qiáng)高模、質(zhì)輕、耐腐蝕等優(yōu)良性能的碳纖維樹脂基復(fù)合材料（CFRP），在航空航天、汽車生產(chǎn)、體育器材等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。與此同時(shí)，在CFRP制造和使用的過(guò)程中，CFRP廢棄物的產(chǎn)生也會(huì)迅速增長(zhǎng)。由于CFRP中的碳纖維具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值，如將廢棄物進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，既造成資源嚴(yán)重浪費(fèi)，又會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。因此，對(duì)CFRP廢棄物中碳纖維的回收和再利用已成為一個(gè)亟需研究的課題。
　　本論文在分析當(dāng)前國(guó)內(nèi)外CFR

2、P廢棄物的回收方法基礎(chǔ)上，選定最易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的熱降解技術(shù)進(jìn)行相關(guān)研究。首先對(duì)T700碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的熱降解動(dòng)力學(xué)、熱降解產(chǎn)物與機(jī)理進(jìn)行了研究，結(jié)果表明纖維的存在以及不同的降解氣氛和溫度都會(huì)對(duì)環(huán)氧樹脂基體的降解動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生影響，并導(dǎo)致不同的降解產(chǎn)物。將CFRP置于熱反應(yīng)器中，研究了溫度、時(shí)間、氣氛對(duì)熱降解效果以及碳纖維性能的影響。通過(guò)分析在空氣氣氛中500℃進(jìn)行30min的一步法熱降解，以及在氮?dú)庵?00℃處理10min后，

3、再在空氣中450℃處理30min的兩步法熱降解，這兩種方法回收的碳纖維表面幾乎都沒(méi)有樹脂殘留。XPS、和Raman光譜分析表明，在不同熱降解工藝下，回收的碳纖維表面含氧官能團(tuán)有所變化，但碳原子的晶格結(jié)構(gòu)沒(méi)有受到明顯影響。在碳纖維力學(xué)性能方面，兩步法熱降解回收的纖維單絲拉伸強(qiáng)度保留率達(dá)到90％，遠(yuǎn)高于一步法熱降解回收樣品80％的保留率?；厥绽w維的層間剪切強(qiáng)度保留率只有75％，說(shuō)明其與樹脂的界面結(jié)合效果有較大程度的降低。
　　在上述研

4、究工作基礎(chǔ)上，為降低環(huán)氧樹脂基體降解溫度或時(shí)間，選取幾種室溫固態(tài)催化劑，研究在催化劑存在下，樹脂基體催化降解動(dòng)力學(xué)以及降解產(chǎn)物的差異，以及催化劑對(duì)降解溫度與時(shí)間的改善效果。研究表明，在氯化鋅催化劑作用下，可促進(jìn)樹脂基體中氮與苯環(huán)之間的化學(xué)鍵斷鏈，使樹脂基體降解活化能降低，同時(shí)降解產(chǎn)物產(chǎn)生較大差異。在熱降解溫度減至400℃，時(shí)間為30min時(shí)，纖維表面不會(huì)殘留樹脂。XPS、Raman分析表明，催化降解回收的碳纖維表面含氧官能團(tuán)有所變化，但