炭纤维表面处理的新方法—气液双效法

气液双效法的程序是先将炭纤维进行液相涂层，再经过气相氧化的表面处理方法，它能同时提高炭纤维本身的抗拉强度和炭纤维增强复合材料的层间剪切强度。     

气液双效表面处理方法的应用

炭纤维增强树脂基复合材料（ＣＦＲＰ）是炭纤维应用的主要形式。未表面处理的粘胶基炭纤维所制ＣＦＲＰ力学性能较低,经过气液双效法表面处理后,明显提高了所制ＣＦＲＰ的力学性能,同时,炭纤维本身的抗拉强度和断裂伸长有了较大提高。这种表面处理方法已经应用到炭纤维生产线上。     

不同处理方法对碳纤维表面形态及Cf/C复合材料强度的影响

采用浓硝酸和电化学两种不同的表面处理技术,对碳纤维表面处理,利用SEM对纤维表面进行了分析,并对其所制备的Cf/C复合材料抗弯性能进行了测试.结果表明:采用低电压,短时间处理,对碳纤维表面作用较温和,粗糙度和比表面积增加,对复合材料的增强效果较浓硝酸氧化处理的显著.经10V,10min处理后,纤维表面出现"松树皮"状凸起,复合材料力学性能下降.电化学处理碳纤维以提高复合材料界面性能的机理至少包括薄弱外层的去除和对纤维表面的刻蚀两种作用,在混合作用中,对纤维表面刻蚀作用占据主导地位.     

碳纤维表面处理及其对碳纤维/树脂界面影响的研究

碳纤维增强树脂/石墨复合材料是树脂/石墨双极板材料的一个主要研究内容,纤维与树脂间的界面结合是其中的关键问题.综述了碳纤维的氧化处理、偶联剂涂层处理和等离子体处理方法及各种处理方法对碳纤维/树脂界面的影响.对碳纤维的表面处理,可以提高碳纤维与树脂的界面粘接力,获得良好的界面层,达到对界面的优化处理.     

面向3D打印的连续碳纤维上浆工艺及其对复合材料性能的影响

对连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTPCs)进行3D打印能够实现无模具快速制造,扩展增材制造的实际应用。为进一步提高3D打印连续碳纤维增强复合材料制件的性能,采用热塑性上浆剂对干碳纤维进行上浆处理,以尼龙6(PA6)为基体打印连续碳纤维增强复合材料,对比了上浆前后碳纤维表面性质及复合材料力学和界面性能。结果表明,上浆后碳纤维表面极性官能团增加,纤维与树脂浸润性改善;纤维表面粗糙度增加,纤维与树脂的机械结合力增强;上浆后碳纤维增强PA6复合材料较原始碳纤维增强PA6复合材料层间剪切强度提高42. 2%,层间结合增强,弯曲强度提高了82%,弯曲模量提高2. 46倍; 3D打印的上浆后碳纤维增强PA6复合材料试样断面上有明显纤维拔出现象,界面性能显著改善。     

碳纤维阳极氧化法处理对复合材料界面性能的影响

利用阳极氧化法对碳纤维进行表面改性处理,研究了碳纤维处理前后表面化学组成,纤维复丝拉伸强度和复合材料的层间剪切强度（ＩＬＳＳ）。结果表明,经阳极氧化处理碳纤维表面的含氧、含氮极性官能团数目增加,纤维复丝拉伸强度有所下降,复合材料的ＩＬＳＳ值提高。同时通过实验结果分析,阐明阳极氧化处理使复合材料界面性能改善的机理。     

臭氧处理对石墨纤维复合材料性能的影响

为改善石墨纤维和氰酸酯树脂间的界面性能,利用臭氧处理技术对石墨纤维进行表面处理,并采用AFM、XPS和IR对处理前后的石墨纤维表面形貌和组成进行了分析,研究了臭氧处理对石墨纤维/氰酸酯复合材料层间剪切强度和弯曲强度的影响.实验结果表明:臭氧处理提高了碳纤维表面活性,从而改善了石墨纤维/氰酸酯复合材料的界面粘结性能,进而改善了复合材料的界面和力学性能.     

短切碳纤维表面处理对木粉/高密度聚乙烯复合材料性能的影响

木粉（WF）填充增强高密度聚乙烯（HDPE）复合材料具有良好的环境效益,少量引入短切碳纤维（SCF）可进一步提高其力学性能。为改善SCF与WF/HDPE复合材料中塑料基体的界面结合,提高SCF在WF/HDPE复合材料中的增强作用,采用气相、液相及气液双效氧化3种表面处理方式处理SCF,通过挤出工艺制备短切碳纤维增强木粉/高密度聚乙烯复合材料（SCF-WF/HDPE）,探讨了不同处理方法对SCF-WF/HDPE复合材料性能的影响。SEM观察显示,表面处理增大了SCF的表面粗糙度,可提高其与基体的界面结合;动态力学性能分析证实碳纤维提高了存储模量。测试结果表明：表面处理过的短切碳纤维可使SCF-WF/HDPE复合材料的力学性能、热力学性能和蠕变性能均得到显著提高,其中气相表面处理的效果最好。对比WF/HDPE复合材料,SCF-WF/HDPE的拉伸强度提高了34.5%,弯曲强度提高了23%,冲击强度提高了54.7%。     

碳纤维表面处理对2D碳/碳复合材料弯曲性能的影响

为改善纤维与基体的界面结合状态及提高碳/碳复合材料性能,采用1700℃惰性气体保护、2200℃惰性气体保护、400℃空气氧化三种表面处理方法对碳纤维进行了表面处理.结果表明,经过2200℃处理后的纤维表面比较粗糙,有很多沟槽,制备的碳/碳复合材料中纤维与基体结合紧密,弯曲强度比未经表面处理的纤维制备的碳/碳复合材料弯曲强度提高75%;经过400℃处理后的纤维表面凹坑、凸起较纤维未处理前增多,制备的碳/碳复合材料中纤维与基体结合强度适中,其弯曲强度比未经表面处理的纤维制备的碳/碳复合材料弯曲强度提高43%;而经过1700℃处理的纤维表面比较光滑,纤维与基体结合弱,弯曲强度比未经表面处理的纤维制备的碳/碳复合材料的弯曲强度低.     

涂层碳纤维增强镁基复合材料

采用液态浸渗方法,使表面带有镍、铜和二氧化硅涂层的碳纤维与金属镁结合,形成C/Mg复合材料.研究发现:镍,铜、二氧化硅涂层均可实现镁液对纤维的润湿,形成复合材料;复合材料形成后,镍和铜涂层均已消失;镍在高温下与碳纤维相容性较差;二氧化硅涂层稳定,对纤维有较好的保护作用,涂层不同,形成了不同的纤维分布状态.     

AZ-1改性炭纤维/聚三唑复合材料界面研究

研究了一种用氮丙啶处理炭纤维的方法在新型聚三唑树脂复合材料中的界面作用效果和作用机理.用硝酸氧化处理炭纤维,再引入分子结构中含氮丙啶环的化合物AZ-1,通过化学手段对炭纤维进行改性.结果表明,经改性后炭纤维增强聚三唑树脂复合材料比未处理复合材料的层间剪切强度提高86%.AFM,SEM和接触角测试表明化学改性增加了炭纤维...     

阳极氧化对高聚物基碳纤维复合材料界面性能的影响

采用阳极氧化法对Ｔ－３００高强度碳纤维和Ｍ－４０高模量碳纤维进行了表面处理。发现该方法能剥除Ｔ－３００碳纤维表面的高涂层，涂覆耐热涂层后可提高Ｔ－３００／聚酰亚胺复合材料界面的抗热氧化性能，并且可使基体改性的珠Ｍ－４０／酚醛环氧复合材料界面强度和冲击强度同时获得提高。     

改性碳纳米管处理碳纤维的效果表征

采用浓硫酸/浓硝酸氧化处理多壁碳纳米管(MWCNTs),再将氧化后的碳纳米管与硅烷偶联剂(KH560)进行接枝,制备了硅烷偶联剂表面化学修饰的MWCNTs。在此基础上,将改性前后的碳纳米管分散在环氧树脂体系中,涂覆处理碳纤维。研究处理前后碳纤维力学性能和界面性能的变化。通过红外光谱(FTIR)和透射电镜(TEM)分析,表明KH560已成功接枝到多壁碳纳米管上;通过分散性实验证明了改性后的碳纳米管分散性提高;对处理后的碳纤维进行力学性能测试,并用扫描电镜(SEM)观察分析断面形态变化,结果表明,当碳纳米管的含量为0.5%时,改性碳纳米管处理的碳纤维拉伸强度和拉伸模量分别提高23.83%和7.11%,界面性能增强。     

新型水性上浆剂对碳纤维及其复合材料界面性能的影响

使用新型水性上浆剂O3PPA对碳纤维表面进行改性处理,使用聚己内酰胺树脂为基体制备碳纤维/聚己内酰胺树脂复合材料,使用X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、纤维强伸度仪(XQ-1A)、万能材料试验机等手段表征改性后的碳纤维和碳纤维/聚己内酰胺树脂复合材料。结果表明,O3PPA的最佳上浆质量分数和吸附量分别为1%和5 mg/g。经O3PPA处理的碳纤维单丝的断裂强度提高了12%,碳纤维短丝在聚己内酰胺树脂中的分散性明显提高。而经O3PPA处理的碳纤维/聚己内酰胺树脂复合材料,其弯曲强度和层间剪切强度比未处理分别提高了35%和46%。     

催化剂加载对连续碳纤维表面生长碳纳米管的影响

通过化学气相沉积(CVD)在碳纤维表面还原得到均匀细小的催化剂颗粒并在碳纤维表面催化生长了均匀、规整的碳纳米管(CNTs)。系统研究了催化剂种类以及浓度对碳纳米管产量和微观组织结构的影响,探究了碳纤维的浸润性能和单丝强度的变化。结果表明,Ni的催化活性最高,Co的催化活性适中,产生的CNTs较为均匀、规整,当催化剂浓度为0.02mol/L时,碳纤维表面生长CNTs多尺度增强体的拉伸强度最大。碳纤维表面生长CNTs,促使碳纤维的表面粗糙度增加,与树脂之间的结合变强,从而提高了碳纤维与环氧树脂之间的浸润性。     

Experimental Study on Tensile Behavior of Carbon Fiber and Carbon Fiber Reinforced Aluminum at Different Strain Rate

In this study, dynamic and quasi-static tensile behaviors of carbon fiber and unidirectional carbon fiber reinforced aluminum composite have been investigated. The complete stress–strain curves of fiber bundles and the composite at different strain rates were obtained. The experimental results show that carbon fiber is a strain rate insensitive material, but the tensile strength and critical strain of the C_f/Al composite increased with increasing of strain rate because of the strain rate strengthening effect of aluminum matrix. Based on experimental results, a fiber bundles model has been combined with Weibull strength distribution function to establish a one-dimensional damage constitutive equation for the C_f/Al composite.     

碳/碳复合材料密封性能分析

为使高性能碳/碳(C/C)复合材料在航天密封材料领域中得到进一步的应用,本文研究了碳布叠层以及碳毡结构的C/C复合材料在一定压力下气体的渗漏情况,对比试样为俄罗斯高强石墨密封环材料,采用扫描电镜观察分析气体通过C/C复合材料的途径.结果表明:C/C复合材料比高强石墨更适合用作航天动密封材料.碳毡C/C复合材料比碳布叠层C/C复合材料气密性更好.C/C复合材料中的穿刺纤维以及贯穿基体的孔隙和裂纹以及纤维与碳基体的结合情况对密封材料的密封性能会产生很大的影响.     

原丝浸渍硼酸对炭纤维结构与性能的影响

聚丙烯腈原丝(3K,1.1dtex)用硼酸进行浸渍,再分别进行间歇式预氧化和炭化。借助元素分析、X射线衍射、红外分析和扫描电镜等表征手段和力学性能测试,研究了硼酸浸渍对原丝结构、预氧化炭化过程及炭纤维结构与性能的影响。结果表明,硼能进入到原丝的内部,但只是物理吸附,在浸渍过程中不改变原丝结构,在预氧化过程,硼钝化了纤维的环化、氧化反应,起始温度推迟2.5℃。在炭化过程中,硼促进了纤维结构的有序化和完善,炭纤维的强度和模量都得到了提高。硼质量分数为1.376×10-4,张力为108 g时,炭纤维抗拉强度为2544 MPa,较同等条件未渗硼的提高约90%。     

等离子体处理碳纤维/树脂复合材料

为了提高碳纤维/树脂复合材料的表面浸润性,采用等离子体直接对复合材料进行表面处理,通过接触角测试、拉伸试验、金相显微分析和红外光谱分析,探究了等离子体处理碳纤维/树脂复合材料的最佳处理工艺、处理前后碳纤维/树脂复合材料的力学性能和表面官能团的变化。结果显示:电流、气压和处理时间均对碳纤维/树脂复合材料表面浸润性有明显影响,当电流为1.0A、气压为1.0Pa、处理时间为10min时,表面浸润性最佳;处理后碳纤维/树脂复合材料的拉伸强度没有减小,反而提高了8%。红外光谱分析显示处理后碳纤维/树脂复合材料表面酯基链发生断裂,酯基数量降低,相应形成更多的酮基、羧基和醇羟基,表面极性增强,浸润性显著提高。研究解决了碳纤维/树脂复合材料表面呈惰性的问题,为其表面功能涂层制备奠定了基础。