阳极氧化处理对PAN基碳纤维性能的影响

利用阳极氧化技术对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维表面进行改性处理,研究了处理前后PAN基碳纤维表面润湿性能及力学性能的变化,分析了阳极氧化处理时电流强度对PAN基碳纤维及其增强环氧树脂基复合材料性能的影响。结果表明:阳极氧化处理后,PAN基碳纤维的润湿性提高,其中碳纤维与水、乙醇的接触角分别由处理前的64.6°,50.9°降至处理后的24.6°,28.1°,其表面能由未处理的37.4 m N/m提高到处理后的83.3 m N/m,经水洗干燥处理后,碳纤维润湿性及表面能有所降低;阳极氧化过程中,随着电流强度的提高,PAN基碳纤维的线密度及拉伸强度出现先升高后降低现象;阳极氧化处理后,碳纤维表面活性提高,碳纤维/环氧树脂基复合材料层间剪切强度较未处理时的最大增幅达到86%;阳极氧化处理PAN基碳纤维的最佳电流强度为14 A。     

PAN基碳纤维的表面改性研究

研究以ＮａＯＨ为电解质溶液，采用阳极氧化法对国产中强低模ＰＡＮ基碳纤维进行表面处理时，阳极氧化电流强度，时间和溶液浓度等因素对碳纤维力学性能的影响，并对力学笥能变化的原因进行了初步探讨。结果表明，控制适宜的阳极氧化条件可以提高碳纤维的拉伸强度。     

PAN基高模碳纤维阳极氧化的表面处理

采用阳极氧化法对PAN基高模碳纤维进行连续表面处理,重点研究了氧化电流密度对碳纤维宏观力学性能、表面形貌、表面酸性官能团以及碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层间剪切强度(ILSS)的影响。结果表明,电流密度对纤维力学性能、表面形貌影响不大;氧化后纤维表面总的酸性官能团显著提高,最大增幅达13倍左右;适当的处理条件可使CFRP的ILSS从28.4 MPa提高到80 MPa以上。     

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。     

PAN基碳纤维阳极电解氧化表面处理的研究

借助XPS、力学分析、SEM扫描电镜、傅立叶红外光谱 ,较系统地考察了碳纤维表面组成与结构的变化及阳极氧化表面处理对碳纤维复合材料层间剪切强度的作用与影响。结果表明 :采用碳酸氢铵为电解质对碳纤维进行阳极电解氧化表面处理后 ,其复合材料的层间剪切断裂转变为以张力断裂形式为主 ;通过适当地增加碳纤维表面的羟基含量 ,提高活性碳原子数与非活性碳原子数比 ,可有效地改善碳纤维复合材料的使用性能 ,使碳纤维层间剪切强度提高 49% ,层间剪切强度达 85 .5MPa。     

阳极氧化处理对碳纤维强度离散性的影响及表征

采用阳极氧化法对碳纤维进行了表面处理,并探讨了表面处理后碳纤维接触角、强度的变化和碳纤维强度离散性的表征方法。研究发现:碳纤维在阳极氧化表面处理后,接触角变小,说明浸润性增强,强度略有下降,离散性略有增大;表面处理后随放置时间延长,接触角有一定程度增大,强度继续下降,离散性继续增大。用强度CV值和韦伯分布拟合强度所得的韦伯模数两种不同指标表征了表面处理后碳纤维的强度离散性,经验证,两种表征方法的一致性好。     

表面改性高模高强碳纤维与环氧树脂界面相容性研究

采用阳极氧化法对高模高强碳纤维表面改性,改性后上浆处理.经润湿性能测试,改性后碳纤维的接触角由改性前的66.3°降至27.8°,表面活性增加,润湿性能改善.采用扫描电镜和原子力显微镜对其表面结构进行表征,发现改性后碳纤维表面粗糙度增加,分散性较好.对其环氧树脂复合材料进行力学性能测试,结果表明复合材料界面剪切强度和层间...     

基于电气控制的碳纤维金属层板的制备与性能研究

采用电气控制铝合金阳极氧化工艺的方法,研究了磷酸溶液浓度、氧化时间、氧化温度、氧化电压对铝合金阳极氧化表面形貌的影响,并分析了碳纤维预浸渍前后对碳纤维金属层板力学性能的影响.结果表明,当采用电气控制,磷酸溶液浓度为30g/L、氧化时间为5min、氧化温度为15℃、氧化电压为120V时,铝合金材料表面可见尺寸均匀、孔径较...     

碳纤维表面阳极氧化处理及对CFRP性能的影响

以NH_4HCO_3为电解质对碳纤维表面进行了连续阳极氧化处理。用正交试验方法确定了最佳处理工艺参数,研究了阳极氧化处理前后CFRP的层间剪切强度、抗拉强度、冲击强度的变化。并利用XPS、SEM对纤维表面组成及CFRP断口形貌进行了分析和观察。提出了阳极氧化作用机理和处理前后CFRP断裂模式的变化。     

阳极氧化通电电流对碳纤维层剪强度及界面亲和性的影响

利用阳极氧化表面处理装置,碳酸氢铵作为电解质,以恒定的处理时间,对直流电源的电流进行调节,研究电流对直径5μm的6KPAN基碳纤维层间剪切强度和拉伸强度的影响,并通过SEM对拉伸试样的断面进行观察和对比,研究电流对界面亲和性的影响。结果表明,通电电流增大,层间剪切强度增大;合理调节通电电流,有效提高环氧树脂和碳纤维粘结强度,纤维与树脂的界面结合紧密,使纤维复材的整体承载能力增强,复丝强度较好。根据研究,直径5μm的6KPAN基碳纤维通常最佳电流强度应控制在20~25mA/K。     

短碳纤维增强铝基复合材料

通过化学镀再电镀的方法,在碳纤维表面镀上Cu镀层,制备C/Cu复合丝,并在硼酸的保护下,利用非真空条件下的液态机械搅拌法制备短碳纤维增强铝基复合材料,研究了碳纤维在复合材料中的分散程度,铜镀层存在状态及C/Al复合材料的拉伸性能.实验结果表明：在硼酸存在下,大大降低了铜的氧化程度,碳纤维分散均匀且没有损伤,少量硼酸的加入,对复合材料的力学性能没有影响,该复合材料的抗拉强度随碳纤维含量的增加而增加,其抗拉强度较基体材料提高50%以上,但塑性指标却明显下降.     

不同拉伸条件下基于Weibull模型的粘胶基碳纤维强度分布研究

从粘胶基碳纤维的拉伸实验得到其 S-S曲线和强度、模量、断裂伸长等力学性能数据 ,表明该材料是典型的脆性断裂 ,且断裂分散性较大。采用 VB编程软件设计了 Weibull程序 ,该模型能计算出碳纤维的平均强度、Weibull模数、尺度参数 ,并能模拟碳纤维强度的累积概率分布和概率密度曲线。不同氧化拉伸条件下强度的实验数据基本上落在程序模拟出的累积概率分布直线上 ,证明了该数学模型适用于分析碳纤维强度分布。在氧化完全松弛的条件下 ,粘胶基碳纤维的平均强度较高 ,但 Weibull模型分析的结果表明氧化拉伸比为 -5 %时 ,Weibull模数最大 ,不匀率最小 ,而氧化拉伸对粘胶基碳纤维模量没有显著影响。     

EP/BMI树脂基碳纤维复合材料的制备与性能表征

以环氧树脂(EP)、双马来酰亚胺(BMI)、4,4’-二氨基二苯砜(DDS)和短切碳纤维(SCF)等为主要原料制备了EP/BMI/DDS/SCF复合材料,并研究了SCF添加量对复合材料力学性能和热性能的影响。结果表明,当SCF添加量为0.25 %(质量分数,下同)时,EP/BMI/DDS/SCF复合材料的力学性能提高最大,其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和缺口冲击强度比未添加SCF时的EP/BMI/DDS复合材料分别提高了48.52 %、32.15 %、25.77 %以及150.91 %;此外,SCF的加入有助于提高复合材料的热性能。     

碳纤维的表面改性对导热顺丁橡胶性能的影响

研究了碳纤维的表面改性方法对碳纤维/顺丁橡胶(BR)复合材料的硫化特性、门尼粘度、导热性能和力学性能的影响.实验结果表明,碳纤维/顺丁橡胶复合材料与顺丁橡胶空白样相比,其硫化速度、导热系数与力学性能都有明显的提高.而碳纤维的表面改性对碳纤维/顺丁橡胶复合材料的硫化特性数据、门尼粘度和导热系数影响并不明显,加入碳纤维后的未改性的碳纤维/顺丁橡胶复合材料的导热性能最佳,其导热系数为0.527 W/(m·K),为顺丁橡胶空白样的1.7倍;经过高温氧化后碳纤维填充复合材料力学性能有所提高,其拉伸强度为2.39 MPa.     

炭黑在沥青基短切碳纤维补强天然橡胶中的作用

研究炭黑及沥青基短切碳纤维表面臭氧改性对碳纤维填充天然橡胶(NR)硫化胶物理性能的影响。结果表明:臭氧改性后,碳纤维的涂覆层基本去除且表面粗糙度明显增加;碳纤维/NR复合材料拉伸断面中碳纤维表面光滑且与NR发生明显脱粘,复合材料物理性能较低;填充30份炭黑N330后,碳纤维/NR复合材料物理性能显著提高,炭黑/短纤维/NR复合材料和炭黑/臭氧改性碳纤维/NR复合材料的拉伸强度分别达到18.6和26.9 MPa,较碳纤维单独填充时分别提高了431%和627%;碳纤维与炭黑具有类似的微观结构,炭黑在碳纤维补强NR时起到桥梁作用,从而大大增强了两者间的界面强度。     

Effects of surface treatment of carbon fiber: Tensile property,surface characteristics,and bonding to epoxy

In this article, effects of electrochemical oxidation and sizing treatment of PAN‐based carbon fibers (CFs) on the tensile properties, surface characteristics, and bonding to epoxy were investigated. As found, the electrochemical oxidation improves the tensile strength of single CF by 16.0%, due to weakening the surface stress concentration and smoothing the surface structure. Further sizing treatment shows a negligible effect on the tensile strength. Both oxidation and sizing treatments significantly improve the wettability and surface energies of CFs by introducing oxygen‐containing functional groups. Microbond test was conducted to characterize the interfacial shear strength (IFSS) between a single fiber and an epoxy droplet. The oxidation treatment increases IFSS slightly, which is due to the contradictory effects of the formation of chemical bonds between the resin and CFs, and the reduced mechanical interlocking. Further sizing treatment significantly enhances IFSS from 73.6 to 81.0 MPa, due to the formation of vast chemical bonds. Furthermore, the oxidation and sizing treatment can effectively reduce the degradation of IFSS to the hygrothermal ageing for the CF/epoxy system. POLYM. COMPOS., 37:2921–2932, 2016. © 2015 Society of Plastics Engineers     

碳纤维/聚氨酯复合材料的制备与性能研究

以聚酯二元醇、异氰酸酯、碳纤维为主要原料,采用预聚体法制备了一系列碳纤维/聚氨酯复合材料,并对该复合材料进行了性能测试和结构表征。研究表明,复合材料的机械性能随着碳纤维长度和含量的增加出现先升高后降低的趋势。当碳纤维长度为3 mm、质量分数为1.0%时,复合材料的机械性能达到最佳值,此时其拉伸强度增加22.7%,撕裂强度增加48.1%,扯断伸长率增加5.9%。热力学分析和动态力学性能研究表明,复合材料的热分解温度提高,质量保留率提高,失重率降低,材料的玻璃化转变温度和软化温度提高,引入碳纤维后材料的耐热性提高。     

粘胶基碳纤维连续式电化学氧化表面处理（1）：碳纤维表面的物理 …

本文报道了用连续式电化学氧化表面处理粘胶基碳纤维表面,并测定了处理后碳纤维的单丝强度,表面浸润性,表面活性官能团含量及表面形貌等表面物理化学性能。结果表明：粘胶基碳纤维经电化学氧化表面处理可以有效地在表面主生活性官能团和提高表面粗糙度,从而有效地提高表面润湿性,但经处理后单丝强度较易下降,因此需精确控制处理的条件。     

碳纤维/聚碳酸酯复合材料研究

本文制备了碳纤维增强聚碳酸酯(PC)复合材料并研究了其性能,相比玻璃纤维增强PC,碳纤维增强PC在机械性能、电性能和加工性等方面有明显的提高.随着碳纤维含量的增加,拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量明显呈上升趋势.而伸长率和冲击强度在碳纤维含量为6%时达最大值,分别为10.4%kJ/m~2和8.7kJ/m~2.加工流动性有了明显的提高,且随碳纤维含量的增加而逐渐降低.碳纤维的加入,也改善了PC的导电性,当碳纤维含量为10%时,导电电阻率已达到9.0×10~6Ω/sq.