γ射线辐照对碳纤维表面接枝改性的影响

为提高碳纤维/环氧树脂复合材料的界面粘结性能, 采用γ射线共辐照接枝方法对碳纤维表面改性, 利用X光电子能谱仪(XPS)、 扫描电子显微镜(SEM)、 电子万能材料试验机, 研究了在缩乙二醇丙酮溶液和环氧氯丙烷丙酮溶液中经200 kGy剂量的γ射线辐照接枝后, 碳纤维的表面化学元素及官能团组成、 表面形貌、 复合材料剪切断面形貌及其层间剪切强度(ILSS)的变化。研究表明, 缩乙二醇类接枝液的接枝效果较理想, 碳纤维接枝率达7%; 辐照处理碳纤维表面O/C比值和含氧官能团含量增加, 以此制备的碳纤维/环氧复合材料的ILSS提高, 最大提高率达31.2%; 同时还发现辐照接枝后的碳纤维表面粗糙度增大。     

碳纤维表面改性及对其复合材料性能的影响

采用γ射线辐照法、电化学聚合法改性碳纤维表面,研究了以三缩四乙二醇为接枝单体,在不同的辐照剂量下辐照处理碳纤维,以及电化学聚合衣康酸改性碳纤维。利用扫描电子显微镜、X光电子能谱仪、电子万能试验机研究了处理前后的碳纤维的表面形貌、复合材料的断面形貌、表面化学组成及复合材料层间剪切强度(ILSS)的变化。研究结果表明,2种处理方法都能有效提高碳纤维表面活性,与环氧树脂的浸润性提高,复合材料断面纤维拔出明显减少。在200kGy的辐照剂量下处理得到的碳纤维与环氧树脂复合材料的ILSS的提高幅度最大,达到31.2%。同时经电聚合处理后的碳纤维与环氧树脂复合材料的ILSS的提高幅度要大于经γ射线辐照处理后的试样,达到40%。     

^60Coγ—辐射接技对粘胶基碳纤维的表面改性

为了提高粘胶基碳纤维与树脂的界面粘接性能，采用^60Coγ—射线辐射接枝方法对粘胶基碳纤维进行表面改性，研究了接枝溶液种类和吸收剂量对接枝率和复合材料界面性能的影响，吸收剂量对碳纤维抗拉强度的影响，利用扫描电子显微镜分析了辐射接枝后碳纤维表面和复合材料剪切断口断裂形貌的变化。结果表明，环氧／丙酮溶液体系是碳纤维辐射接枝改性的理想溶液，在此溶液中辐射，当吸收剂量大于0．1kGy时，纤维表面的接枝率为4．2％，复合材料的ILSS提高了20％以上；在合适的吸收剂量下辐射可提高碳纤维的抗拉强度；接枝后纤维表面粗糙度明显增大，与树脂的机械锲合作用增强。     

高能辐照下环氧树脂对腰形碳纤维的表面改性

利用高能射线共辐照接枝,在环氧树脂/丙酮溶液中对腰形截面碳纤维表面进行了处理.通过扫描电子显微镜(SEM)观察了纤维的表面及复合材料断口形貌的变化;利用浸润性测试方法分析了纤维表面能的变化;采用X射线光电子能谱(XPS)方法分析了纤维表面化学元素及官能团的组成;通过层间剪切强度(ILSS)表征了纤维增强环氧树脂复合材料的界面性能.结果表明,处理后碳纤维表面沟槽变深,氧元素和碳元素百分含量比(O/C)提高,表面能极性分量增加,ILSS最大可提高18.3%,达到91.3MPa.     

60Coγ-辐射接枝对粘胶基碳纤维的表面改性

为了提高粘胶基碳纤维与树脂的界面粘接性能,采用60Coγ-射线辐射接枝方法对粘胶基碳纤维进行表面改性,研究了接枝溶液种类和吸收剂量对接枝率和复合材料界面性能的影响,吸收剂量对碳纤维抗拉强度的影响,利用扫描电子显微镜分析了辐射接枝后碳纤维表面和复合材料剪切断口断裂形貌的变化.结果表明,环氧/丙酮溶液体系是碳纤维辐射接枝改性的理想溶液,在此溶液中辐射,当吸收剂量大于0.1 kGy时,纤维表面的接枝率为4.2%,复合材料的ILSS提高了20%以上;在合适的吸收剂量下辐射可提高碳纤维的抗拉强度;接枝后纤维表面粗糙度明显增大,与树脂的机械锲合作用增强.     

60Coγ射线辐照对碳纤维表面及其复合材料层间剪切强度的影响

对60Coγ射线辐照处理的PAN 基碳纤维的力学性能、表面形貌及表面结构的变化和其与环氧树脂复合后层间剪切强度进行了初步的研究。60Coγ射线在1×102～ 1×103Gy 辐照剂量时, 使PAN 基中强碳纤维本身的力学性能显著提高; 使碳纤维表面的含氧官能团浓度和石墨化程度得以提高; 由此制备的碳纤维环氧复合材料的层间剪切强度SIL SS提高了31% 左右。而在辐照剂量≥1×104Gy 时, 由于辐照损伤及热效应, 使碳纤维的力学性能下降, 增加了表面的炭化及其撕裂程度,从而减小了碳纤维环氧复合材料的层间剪切强度SIL SS。     

γ-射线辐照对碳纤维结构的影响

碳纤维（CF）经γ-射线辐照可以改善其与树脂复合的界面性能,从而提高复合材料的层间剪切强度（ILSS）。为了研究辐照改性CF的机理,采用X射线衍射（XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱（XPS）、电子扫描电镜（SEM）等分析方法研究了CF经辐照后结构的变化。     

碳纤维/环氧复合材料界面改性的不均匀性EI北大核心CSCD

研究了等离子体表面改性和等离子体接枝改性碳纤维/环氧树脂基复合材料界面的不均匀性。层间剪切强度(ILSS)测量及其偏差评估的结果表明,在相同等离子体条件下,等离子体表面改性对ILSS的提升率只有8.6%,而等离子体接枝改性的提升率高达37%;但是,接枝改性ILSS的离散程度比较高。扫描电镜、金相显微镜和红外光谱分析的结果进一步表明,接枝改性可通过取代反应将较多的活性基团键接在碳纤维表面从而更容易实现界面提升,但是接枝层的不均匀及其产生的纤维粘连使ILSS的离散程度提高。     

含碳纳米管上浆剂的制备及对碳纤维/环氧树脂复合材料界面的影响

首先采用"Friedel-Crafts"酰化反应制备羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs)并将其与环氧树脂、丙酮混合制成含MWCNTs的上浆剂,然后用该上浆剂浸渍碳纤维制备碳纳米管/碳纤维多尺度增强纤维。采用扫描电镜研究了上浆处理对碳纤维表面形貌的影响,采用短臂梁剪切测试方法研究了含碳纳米管的上浆剂对碳纤维/环氧树脂复合材料层间剪切强度(ILSS)的影响。结果表明,碳纳米管在上浆剂中的分散状态直接影响纤维表面碳纳米管分布的均匀性;与未浸渍的碳纤维相比,含碳纳米管上浆剂浸渍后的碳纤维/环氧树脂复合材料的ILSS提高了34.33%。通过上浆剂红外光谱表征、纤维束表面浸润性测试及ILSS试样端口形貌的观察,分析了层间增韧机理。研究表明,碳纤维束表面浸润性的提高以及碳纤维/环氧树脂界面处化学键合作用增强,是ILSS提高的主要原因。     

γ-射线辐照Armos纤维对AFRC界面性能的影响

为改善Armos纤维和环氧树脂间的界面结合性能,采用对环氧树脂/丙酮溶液浸泡的Armos纤维进行γ-射线辐照改性处理,探索辐照剂量对其芳纶纤维增强复合材料(AFRC)界面性能的影响.研究结果表明:在辐照剂量200～1000kGy,AFRC的层间剪切强度(ILSS)和界面剪切强度(IFSS)均增加,且500kGy界面强度较未处理的提高幅度最大;经γ-射线辐照处理的芳纶纤维,表面氧含量有大幅度提高,使得纤维表面活性增大;辐照处理后纤维表面较未处理的纤维表面粗糙度有所增加;纳米硬度仪测试AFRC横断面纤维、界面和基体的纳米硬度,表明辐照可以提高复合材料的硬度.     

碳纤维表面等离子接枝及对碳纤维/PAA复合材料ILSS的影响

将碳纤维预浸芳基乙炔后进行空气等离子处理,使芳基乙炔接枝在碳纤维上,并用扫描电镜、红外光谱、紫外光谱、X射线衍射、拉曼光谱等多种方法进行研究。结果表明经过等离子处理以后的碳纤维/芳基乙炔复合材料的层间剪切强度(ILSS)最大可提高12.4%,而碳布接枝了PAA单体以后,可使复合材料的层间剪切强度最大提高到51.27%。      

玻璃纤维/聚丙烯复合材料界面研究

采用γ射线预辐照固相接枝和偶联剂分别对聚丙稀粉粒 (PP)和玻璃纤维 (GF)进行表面改性 .研究接枝PP在基体中的含量、玻璃纤维经偶联剂处理对复合材料层间剪切强度 (ILSS)、拉伸强度的影响 .通过SEM对复合材料的拉伸断口进行了分析 .     

化学接枝对碳纤维结构及性能的影响

为了提高碳纤维/环氧树脂复合材料界面粘结性能,利用化学接枝法对碳纤维表面进行改性,通过加入引发剂和分步反应等方法,改善了传统化学接枝法反应温度高、时间长的缺点。利用XPS、Raman、SEM、电子万能材料试验机研究了改性前后碳纤维的结构及其复合材料性能的变化。结果表明,碳纤维经过氧化、接枝反应,表面活性官能团的含量和粗糙度增加,复合材料的层间剪切强度增加。在相同条件下,接枝乙二胺、乙二醇的碳纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度分别提高了52.5%和47.9%,相比而言,乙二胺是较为理想的接枝单体。     

硅烷偶联剂对电子束固化碳纤维复合材料的增效研究

根据碳纤维表面的特点及其复合材料中树脂基体进行电子束固化的机理,对碳纤维表面进行预氧化以提高碳纤维表面含氧官能团的含量,利用偶联剂的化学架桥作用对电子束固化复合材料界面进行了增效研究。采用X射线光电子能谱（XPS）对处理后碳纤维表面化学成分进行了分析,并采用层间剪切强度对电子束固化复合材料界面粘合性能进行了评价。结果表明,碳纤维表面的含氮官能团使电子束固化复合材料中碳纤维与环氧树脂基体之间的粘合强度减弱,偶联剂与预氧化碳纤维表面进行了强相互作用,使电子束固化复合材料层间剪切强度得到提高。     

纤维表面处理对CF/PAA复合材料界面性能的影响

采用多结构形态倍半硅氧烷（VMS—SSO）涂层结合等离子活化纤维表面的方法对碳纤维（CF）改性,研究了纤维表面处理对碳纤维／聚芳基乙炔复合材料界面性能的影响．结果表明,等离子活化前后纤维表面涂层处理使材料的ILSS分别提高25％和45％,在碳纤维与树脂之间引入了过渡层．等离子活化纤维在碳纤维与涂层间通过VMS-SSO引入了化学键连接．含活性官能团的多形态倍半硅氧烷涂层在等离子活化纤维前后处理碳纤维,都能提高复合材料的界面性能．但是效果不同．其原因是,碳纤维与树脂间相互作用的不同,前者主要是过渡层效应,后者在碳纤维与树脂间引入了化学键．     

碳纤维形貌结构对其电化学氧化行为及其复合材料界面性能的影响

通过调控原丝工艺,制备得到形貌结构不同、力学性能相近的PAN基碳纤维(CF),用以模拟碳纤维表面光滑与沟槽结构对其电化学氧化行为的影响。研究表明:原始形貌光滑碳纤维在电化学过程中保持形貌能力较强,相同的电化学氧化强度下,其表面氧碳比高于原始表面粗糙的碳纤维,表明其氧化程度高。X射线光电子能谱(XPS)分峰结果表明,二者表面氧含量差别来自于表面羰基含量的差异。力学性能测试结果表明具有沟槽形貌的碳纤维拉伸强度及拉伸模量提高的幅度较大,其中拉伸强度提高最大值为17.3%。将氧化前后的碳纤维制备成碳纤维增强树脂基复合材料,探讨碳纤维形貌结构对其复合材料界面性能的影响。结果表明:由具有沟槽形貌的碳纤维制备得到的复合材料层间剪切强度(ILSS)较高,表明碳纤维表面物理形貌也是影响复合材料界面的重要因素。     

多组分氧化石墨烯/聚醚胺/碳纳米管层级结构碳纤维复合材料的制备及性能研究

利用层层自组装法在碳纤维表面构建多组分氧化石墨烯/聚醚胺/碳纳米管，在碳纤维表面构建新型界面相，从而提高碳纤维与树脂基体的结合能力。采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和显微共焦拉曼光谱仪分析了碳纤维表面结构和官能团，采用热导仪测试了碳纤维复合材料的热导率，采用万能试验机测试了碳纤维复合材料的层间剪切强度(ILSS)、复合材料的弯曲强度和弯曲模量。结果表明：当碳纤维表面氧化石墨烯/聚醚胺/碳纳米管循环组装2次后，碳纤维复合材料的热导率提高了51.5%,层间剪切强度提高了52.2%,弯曲强度和弯曲模量分别提高了33.3%和60.1%。     

γ射线辐照对高模量碳纤维及碳纤维/氰酸酯复合材料性能的影响

通过模拟空间γ射线辐照环境,采用⁶⁰Co-γ射线对高模量碳纤维及其增强的改性氰酸酯复合材料进行辐照,采用SEM和XRD对辐照前后的碳纤维及碳纤维/氰酸酯复合材料进行了分析和表征,研究了复合材料的质量损失率、拉伸性能及层间剪切强度随γ射线辐照剂量的变化规律。结果表明,γ射线辐照能增加碳纤维表面粗糙度;质量损失率随γ射线辐照剂量增大先增加后趋于平缓,但均小于1%;碳纤维/氰酸酯复合材料拉伸性能与层间剪切强度均随γ射线辐照剂量增大先提高后降低,在吸收剂量为5×10⁵ rad时出现最大值,拉伸强度为1 803 MPa,拉伸模量为243 GPa,层间剪切强度为72 MPa。     

碳纤维电化学氧化表面处理效果的动态力学热分析研究

利用动态力学热分析(DMTA)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)对聚丙烯腈基(PAN)碳纤维电化学氧化表面处理效果进行了研究。研究结果表明,DMTA谱图中经电化学氧化处理的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)其损耗角正切(tanδ)较未处理的降低30％,玻璃化温度(T_g)与tanδ峰值的变化可以有效地表征PAN基碳纤维表面处理的效果。这一结论与SEM观察CFRP断口形貌的结果相符。经定量计算出的界面粘结参数A和α与CFRP的层间剪切强度(ILSS)所反映的碳纤维与树脂间界面粘结效果是一致的。同时,XPS表面化学分析表明,经电化学氧化处理后的碳纤维表面羟基含量提高55％及活性碳原子数增加18％,采用适当的处理条件可使CFRP的ILSS提高20％以上。      

碳纤维γ射线辐照处理对其复合材料界面性能的影响

采用γ射线辐照方法对碳纤维（ＣＦ）进行改性,研究了辐照对ＣＦ增强复合材料层间剪切强度（ＩＬＳＳ）、ＣＦ复丝拉伸强度的影响,并使用Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）、扭辫分析、微脱粘测试等分析方法,对ＣＦ的表面化学组成和复合材料界面粘合强度进行了表征。结果表明,辐照使ＣＦ表面与环氧涂层发生了化学反应,复合材料界面粘合强度提高,ＩＬＳＳ增大,ＣＦ本体拉伸强度未发生变化。