阳极氧化及上浆过程中PAN基碳纤维表面形态结构的演变

采用阳极氧化法对PAN基碳纤维的表面进行改性,然后使用上浆剂对纤维表面进行上浆处理。使用扫描电镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱仪等分析了处理过程中碳纤维表面形态结构的变化,研究了阳极氧化及上浆处理对碳纤维的拉伸强度及其与环氧树脂间界面剪切强度(IFSS)的影响。结果表明:阳极氧化处理后,碳纤维表面平均粗糙度从48.0 nm增大到90.5 nm,而上浆后碳纤维平均粗糙度下降到32.3nm;经阳极氧化处理后,碳纤维表面碳(C)元素含量降低,氧(O)、氮(N)元素含量增加,—OH基团含量由14.43%增加到39.32%,而上浆后纤维表面—OH基团含量变化不大;在阳极氧化过程中随着氧化程度的提高,碳纤维的拉伸强度逐渐降低,但其IFSS逐渐升高;上浆对碳纤维拉伸强度影响不大,但上浆剂中较高的活性基团使得其IFSS进一步提高。     

潜伏型上浆剂对CF与MAPP树脂界面作用的影响

本文制备了三种不同潜伏型交联剂含量的上浆剂,DH1.5%、DH3.0%和DH6.0%,通过处理上浆提高碳纤维(CF)与马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)树脂之间的界面作用。利用微脱粘实验表征复合材料的界面剪切强度(IFSS),并利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)表征界面增强作用。结果表明:随着上浆剂中潜伏型交联剂含量的增加,复合材料的IFSS值也随之增加,当使用DH6.0%处理CF时,IFSS值达到7.42 MPa,相较于不做处理的CF/MAPP复合材料提高了204.1%。从FTIR和SEM的结果可知界面性能的提高是由于潜伏型交联剂会在复合材料界面处与CF、MAPP发生化学键合作用。     

聚丙烯/短切碳纤维复合材料的界面相容性与力学性能的研究

环氧树脂上浆的市售碳纤维(CF)与聚丙烯(PP)相容性较差,影响PP/CF复合材料的性能。通过上浆与无上浆的T700短切CF制备PP/CF复合材料,以马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)作为相容剂与PP/CF制备PP/CF/PP-g-MAH复合材料。研究含有不同上浆剂的CF对复合材料的界面相容性和力学性能的影响。结果表明:中复神鹰上浆剂使复合材料相容性提升,结晶度下降,冲击强度提高;添加PP-g-MAH后,上浆剂与其相容性良好,提高复合材料的界面结合性、拉伸强度与冲击强度。东丽上浆剂对复合材料的结晶度无明显影响,但提高复合材料的冲击强度;添加PP-g-MAH后,上浆剂与其相容性较差,较无上浆复合材料,上浆复合材料界面结合性降低,导致拉伸强度与冲击强度略微下降。     

聚吡咯层对碳纤维/环氧树脂复合材料界面粘结性能的影响

以三氯化铁为氧化剂,采用吡咯液相沉积聚合方法制备聚吡咯-碳纤维(PPy-CF),然后与环氧树脂(EP)复合,制得PPy-CF/EP复合材料,并对其进行拉伸性能测试,研究了聚合温度对PPy-CF/EP复合材料界面剪切强度(IFSS)的影响。结果表明:在CF表面吡咯沉积聚合最佳工艺条件为聚合温度70℃,时间30min,经过吡咯沉积聚合改性后,得到的PPy-CF/EP复合材料的IFSS有所提高;最佳条件下制得的PPy-CF/EP复合材料的IFSS是CF/EP复合材料的1.24倍;在PPy-CF中,PPy与CF之间无化学键作用,PPy-CF/EP复合材料的IFSS与PPy-CF表面含氧基团和粗糙度有关;吡咯化学沉积聚合改性是一种提高纤维与树脂界面粘结性能的有效方法。     

热解沉积结合PAMAM接枝改性碳纤维表面

采用热解沉积结合聚酰胺-胺型树枝状高分子(PAMAM)接枝的改性方式对碳纤维进行表面处理,对比了碳纤维原丝(CFs)、只经热解沉积处理碳纤维(PD-CFs)和沉积结合接枝处理碳纤维(PD-PG-CFs)的表面形貌、表面元素组成和质量分数、与极性液体和非极性液体的接触角、表面自由能的变化;制备了不同处理条件下碳纤维/环氧微复合材料,与未处理的碳纤维原丝相比,经热解沉积处理的碳纤维/环氧复合材料的界面剪切强度(IFSS)提高了26.87%,而经沉积结合PAMAM接枝处理碳纤维/环氧复合材料的IFSS则提高了38.81%。通过纳米压痕测试定量的表征了复合材料中碳纤维、热解碳层和树脂基体3者的模量,结果表明,热解碳层的模量介于碳纤维和树脂之间,它所起到的过渡层效应是复合材料界面性能得到改善的重要原因。     

碳纤维不同表面处理及其对聚三唑基复合材料界面性能的影响

采用高温处理、硝酸氧化、丙酮抽提上浆剂和氨水处理等方法对碳纤维(CF)进行表面处理,采用热压成型制备了CF增强聚三唑树脂(PTA)基复合材料,分析了CF表面处理前后的变化并研究了其对PTA/CF复合材料界面性能的影响。单丝拉伸强度测试结果表明,表面处理后的CF单丝拉伸强度均出现不同程度的下降;接触角测试结果表明,CF与水及PTA丙酮溶液的浸润性均变好;原子力显微镜分析表明,经丙酮抽提后CF表面粗糙度略有下降,而其它几种方法处理后的CF表面粗糙度均有不同程度的提高;X射线光电子能谱揭示高温处理主要是氧化去除CF表面上浆剂,硝酸主要是氧化CF,丙酮主要是物理抽提CF表面上浆剂,而氨水与CF表面发生了化学键合。不同的表面处理均可增加CF的极性,提高CF在PTA胶液中的浸润性能,增强与PTA基体的氢键合,改善CF与PTA基体的界面性能。与未表面处理CF相比,以上4种表面处理的CF增强PTA基复合材料的层间剪切强度均得到提高,提高幅度分别为47.0%,36.7%,63.3%和45.3%,其中氨水处理效果虽然低于丙酮抽提,但其条件温和,操作简便,是一种较好的CF表面处理方法。     

粗糙度对碳纤维/聚芳基乙炔复合材料界面性能的影响

采用二氧化碳超临界(scCO2)处理碳纤维(CF)表面的方法,研究了粗糙度对碳纤维/聚芳基乙炔(PAA)树脂复合材料界面性能的影响.处理前后的碳纤维通过XPS,AFM和表面能测量进行了表征.CF/PAA复合材料的界面力学性能通过层间剪切强度测试(ILSS)与断口形貌分析进行了评价.结果表明,scCO2处理前后碳纤维表面的化学组成基本上没有变化.随着碳纤维表面粗糙度的增加,CF/PAA复合材料的界面力学性能先增加后减小.其中粗糙度范围为30～45 nm的样品有最高的ILSS值,43.36MPa,比未处理的样品提高了44%.对复合材料的ILSS提高起主要作用的因素是碳纤维与PAA树脂的界面齿合作用.而齿合作用程度的不同主要是由于不同粗糙度而引起的碳纤维表面物理状态的不同.     

碳纤维复合材料的界面改性技术

针对碳纤维(CF)表面特有的物理、化学性质及不同树脂基体的特性,概述了国内外关于CF气相氧化、液相氧化、化学气相沉积、晶须生长、等离子处理、表面上浆及表面化学接枝等界面改性技术,并对CF复合材料的界面改性技术提出了一些思路。     

表面处理对碳纤维/聚苯硫醚复合材料性能的影响

以碳纤维(CF)平纹织物、聚苯硫醚(PPS)纤维为原材料,通过混杂铺丝及热压的方法制备出CF/PPS热塑性复合材料。研究了不同表面处理方法对CF表面官能团、碳(C)与氧(O)元素含量比、单丝拔出强度及复合材料两相浸润性、界面性能、力学性能等的影响。结果表明:丙酮处理可以有效去除CF的上浆剂,利于PPS熔体在CF之间的均匀分散与浸渍,在一定程度上提升了CF/PPS复合材料的力学性能;硝酸溶液处理可以增加CF平纹织物表面的O/C摩尔比,且CF表面轴向产生缺陷和沟壑;CF与PPS之间的界面剪切强度随硝酸处理时间的增加而明显增加,但CF/PPS复合材料的力学性能呈现先增加后降低的趋势;通过表面处理改善CF与PPS之间的浸润性以及界面相互作用力,可以提升CF/PPS复合材料的力学性能。     

含碳纳米管上浆剂上浆改性碳纤维及其界面研究

碳纤维(CF)是一种高强度、高模量的高性能纤维,被广泛应用于复合材料中,但是纤维表面的活性官能团含量低,与基体之间的界面结合性能较差。本文利用含氨基化碳纳米管(NH_2-CNTs)上浆剂对光威GQ4922/12K型碳纤维表面进行改性,改善碳纤维与环氧树脂之间的界面结合性能。通过傅里叶红外光谱、扫描电镜、X射线光电子能谱、接触角和微脱粘对改性后的纤维表面组成、表面形貌、表面自由能和界面剪切强度进行分析,发现NH_2-CNTs可成功接枝到碳纤维表面,改性后纤维表面的氧(氮)元素含量增加,与水接触角从67.1°降低到50.5°,表面自由能从32.2 mN/m增加到了41.1 mN/m;界面剪切强度在氨基化碳纳米管质量浓度为0.6%时达到最大,相比未改性纤维从62.3 MPa提高到76.8 MPa,提高了23.3%。结果表明通过在上浆剂中引入氨基化碳纳米管,可以增加碳纤维表面活性,提高碳纤维与基体树脂的界面结合性能。     

碳纤维上浆改性及其增强聚合物材料研究进展

介绍了针对不同树脂基体制备碳纤维(CF)上浆剂的方法,并探讨CF上浆改性对CF增强聚合物基复合材料(CFRPC)界面性能及力学性能的影响。根据不同树脂基体类型综述了CF表面上浆后增强环氧树脂、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砜及聚酰亚胺等聚合物材料的力学性能和界面粘结强度的变化情况。最后指出,针对不同树脂基体开发专用上浆剂,在CF生产过程中采用专用上浆剂对CF进行上浆处理,以实现CF生产完成后即可制备界面性能和力学性能优异的CFRPC,是CF上浆改性研究的未来发展方向。     

芦苇/碳纤维增强PP/EVA复合材料的制备及性能研究

采用双辊开炼机将芦苇纤维(LF)、碳纤维(CF)与聚丙烯(PP)、聚醋酸乙烯酯(EVA)进行熔融共混,制备了PP/EVA/LF/CF复合材料,以及LF经碱处理、CF经硫酸/硅烷偶联剂处理后,制备了PP/EVA/改性芦苇纤维(ALF)/改性碳纤维(SSi CF)复合材料,研究了2种纤维复配质量比对复合材料力学性能的影响,探讨了复配改性纤维对复合材料接触角、热稳定性的影响。结果表明:当LF与CF复配质量比为1∶5时,PP/EVA/LF/CF复合材料的综合力学性能较好;与PP/EVA复合材料相比,ALF与SSi CF复配质量比为1∶5时,PP/EVA/ALF/SSi CF的拉伸强度提高了11.13 MPa,弯曲强度提高了16.31MPa,冲击强度降低;PP/EVA/ALF/SSi CF复合材料较PP/EVA复合材料的表面亲水接触角提高了7°,残炭率由0增加至23.1%,热稳定性明显提高。     

碳纤维/聚丙烯复合材料的制备及性能研究

为了提高聚丙烯(PP)材料的拉伸性能、摩擦性能等力学性能,采用液相氧化的方法将碳纤维(CF)预处理,并将预处理后的碳纤维填充到聚丙烯中,制备CF/PP复合材料,研究其对聚丙烯材料的力学性能和摩擦性能的影响。实验结果表明:CF/PP复合材料的拉伸性能较PP材料提高、冲击性能降低、材料摩擦系数降低,在一定范围内,材料的拉伸强度与碳纤维的含量基本成正比,但当CF含量超过7.5g时纤维的增强效果变得缓慢。随着CF含量的增加CF/PP复合材料的抗冲击性能、摩擦系数明显下降。     

不同方法处理碳纤维增强PTFE复合材料性能的研究

采用两种不同的方法对碳纤维(CF)表面进行处理,一种是先以热空气对CF进行氧化处理,然后用偶联剂进行表面处理;另一种是先用聚四氟乙烯(PTFE)乳液对CF进行浸渍,后用等离子体进行表面处理。研究了不同方法、不同表面处理条件对PTFE/CF复合材料拉伸性能的影响,并应用扫描电镜对拉伸断口形貌进行了分析。结果表明,两种方法都能有效地提高CF与PTFE之间的界面结合力及PTFE/CF复合材料的拉伸性能。     

表面处理对CF/PA66复合材料磨损性能的影响

采用电化学氧化法和氨气法分别对碳纤维(CF)进行表面处理后,用双螺杆挤出机共混造粒和注塑成型制备CF/PA66复合材料,研究了表面处理对CF/PA66复合材料磨损性能的影向。结果表明:随着CF含量的增加,CF/PA66复合材料的耐磨损性能提高;对CF进行表面处理,可提高CF/PA66复合材料的耐磨损性能,氨气法得到的CF/PA66复合材料的耐磨损性能优于电化学氧化法,当添加CF质量分数为15%时,其体积磨损速率比电化学氧化法的约降低48%。     

耐高温PPBES溶液型碳纤维上浆剂的制备及性能

碳纤维增强高性能树脂基复合材料具有质轻、耐腐蚀性、力学强度高等特点,提升树脂与纤维界面强度可以优化复合材料综合性能。利用杂萘联苯聚芳醚树脂所具有的优异溶解性,选择氯仿∶N-甲基吡咯烷酮=2∶8混合溶液作为溶剂,制备耐高温溶液型上浆剂。通过对碳纤维进行上浆操作,在碳纤维表面包覆杂萘联苯聚芳醚砜树脂基团,纤维表面活性增加,当溶液上浆剂质量浓度为1.0%～1.5%时,树脂在碳纤维表面分散性较好,通过对比使用不同上浆剂的碳纤维增强树脂基复合材料的界面性能,使用浓度为1.5%的溶液上浆剂处理后的碳纤维相较于脱浆碳纤维,玻璃化转变温度从未处理的214℃提升至223℃,损耗因子从未处理的0.38下降到0.33,所制备的复合材料弯曲强度提升了12.0%,层间剪切强度提升了11.1%,证明溶液型上浆剂的使用提升了纤维与树脂间的界面性能。综上,溶液型上浆剂的使用能够提升碳纤维的表面活性,进而提升复合材料的弯曲强度、界面剪切强度,且提升效果优于市售常见环氧上浆剂,加工方便,有着广阔的市场应用前景。     

环氧树脂上浆剂对PAN基碳纤维性能的影响

分别以KD-213,YD-128环氧树脂、复合环氧树脂及油酸酰胺改性的复合环氧树脂(改性环氧树脂)为主体的上浆剂对聚丙烯腈基碳纤维(PANCF)进行上浆,对上浆纤维的加工性能、表面形貌及其界面剪切强度(IFSS)进行了研究。结果表明:上浆剂改善了PANCF的耐磨性、毛丝量、耐水性及其复合材料的IFSS。其中改性环氧树脂上浆剂为最佳,可在PANCF表面形成一层完整的柔韧性光滑薄膜,上浆后的PANCF的耐磨次数为1887,毛丝量为0.14mg,吸水率小于等于0.005%,复合材料IFSS较未上浆纤维提高38.5%,达87.26GPa。     

PAMAM接枝改性碳纤维表面及分子动力学模拟

采用化学法将聚酰胺-胺树枝状大分子(PAMAM)接枝在T700碳纤维(CFs)表面,对比了不同代数PAMAM分子接枝前后CFs表面的微观形貌,并对CFs/环氧微复合材料的界面剪切强度(IFSS)进行测试及材料拉脱断口处形貌观察。与未处理纤维相比,经过G1.0代PAMAM接枝处理后的复合材料IFSS值提高了30.37%。采用Materials Studio程序包,建立碳纤维、环氧树脂及两者间界面的结构模型并进行优化,通过分子动力学模拟并计算了界面相互作用能,结果表明,引入PAMAM分子会提高CFs与环氧树脂间的界面结合能,与实验结果一致。     

碳纤维树脂基复合材料的制备及在景观设计中的应用

采用Hummers法制备氧化石墨烯，并通过上浆剂对碳纤维进行了表面修饰，制备不同处理方式的碳纤维增强环氧树脂基复合材料。结果表明：经过上浆处理后试样的后加工性能得到一定程度改善，而氧化石墨烯会在一定程度上增加碳纤维试样的粗糙度和硬挺度。经过不同处理后的碳纤维增强环氧树脂复合材料的层间剪切强度相对除浆碳纤维d-CF增强环氧树脂复合材料要大，且小尺寸氧化石墨烯上浆处理的碳纤维增强环氧树脂复合材料的层间剪切强度最大（47.50 MPa），其耐磨性为2 049次、毛丝量为4.9 mg、硬挺度为66 mm，适宜于在景观设计中应用。     

体育器材用CFRPA6复合材料的制备及其性能

采用碳纤维(CF)改性聚酰胺(PA)6,从而获得PA 6/CF复合材料。结果表明:CF被浓硝酸氧化后,表面会引入碳氮、碳氧等极性基团,增加了PA 6与CF的界面反应活性;CF经浓硝酸处理后表面有许多沟槽出现,增大的表面积对PA 6与CF间机械锁合有利;随着浓硝酸处理CF时间的延长,复合材料的悬臂梁缺口冲击强度略有提高,拉伸强度提高较大;CF被过度氧化时,复合材料的缺口冲击强度、拉伸强度均降低;经浓硝酸氧化处理后,增强了CF界面黏结效果,CF被PA 6紧密包覆,断裂时两者有黏结现象发生;未经浓硝酸处理的样条在纤维拔出后会留下大量空洞,经浓硝酸处理后CF表面极性基团增加,提高了CF与基体树脂的黏结强度。