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。     

接枝改性对LNG储罐用碳纤维及复合材料界面性能的影响

对LNG储罐用碳纤维进行接枝改性处理,对比分析了氧化处理碳纤维和三聚氰胺接枝改性碳纤维与未改性碳纤维的表面结构、表面形貌、浸润性、拉伸性能和界面剪切性能。结果表明,对碳纤维进行氧化和接枝改性后,碳纤维表面成功接枝三聚氰胺,并以OC-NH、C-N和C=N化学键形式存在,当三聚氰胺接枝改性25min及以上时,碳纤维表面的纵向沟槽深度有不同程度减小。三聚氰胺接枝改性处理后,不同反应时间下三聚氰胺接枝改性后的碳纤维在水中和在二碘甲烷中的接触角有不同程度降低、表面能都有不同程度提高、单丝拉伸强度会有不同程度减小,且随着反应时间延长,在水中和在二碘甲烷中的接触角逐渐减小、表面能逐渐增大,单丝拉伸强度先减小后增大,反应时间为35min时改性碳纤维的单丝拉伸强度为3.75GPa。三聚氰胺接枝改性处理后,三聚氰胺接枝改性碳纤维复合材料的界面剪切强度会得到不同程度提高,且随着三聚氰胺接枝改性时间的延长,三聚氰胺接枝改性碳纤维复合材料的界面剪切强度逐渐增大。     

碳纤维界面改性的研究

简介了碳纤维的界面特征及相关的界面理论,综述了冷等离子体接枝法、γ射线辐射处理技术、表面电聚合涂层技术、超声连续改性处理技术等碳纤维表面改性技术的现状与发展趋势,并对每一种不同表面改性技术的优劣进行了比较。     

纳米粒子增强碳纤维复合材料界面性能的研究进展

详细介绍了纳米粒子改性碳纤维的方法、原理及其在增强碳纤维复合材料界面性能方面的研究进展,并指出了纳米粒子改性碳纤维复合材料界面性能存在的相应问题,为提高碳纤维复合材料界面性能的研究提供了参考。     

超临界CO2对碳纤维环氧树脂的界面性能的改善

为提高碳纤维/环氧树脂复合材料的界面结合性能,采用超临界CO2对碳纤维表面进行处理.结果表明:在处理后碳纤维的单丝拉伸强度下降2.81％,碳纤维/环氧树脂界面剪切强度和层间剪切强度在处理后分别提高25.19％和17.11％.通过对碳纤维原子力显微镜(AFM)观察,经过处理的碳纤维表面粗糙度增加明显,同时对复合材料层间剪切断口端面用扫描电子显微镜(SEM)观察,经过超临界CO2处理后的碳纤维与环氧树脂的复合性能得到改善.     

两种T700碳纤维表面特性及其复合材料界面性能

分别用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及接触角测量仪分析了国产MT700C碳纤维和东丽T700SC两种碳纤维的表面微结构、表面化学特性以及与树脂的浸润性,并对其环氧树脂复合材料MT700C/603和T700SC/603在干态和湿态下的界面性能进行了研究。结果表明,MT700C碳纤维表面O/C比和活性碳原子含量比T700SC碳纤维高,并且表面具有明显的沟槽,因此MT700C与树脂的浸润性好于T700SC碳纤维,可以与603树脂形成具有良好界面粘结的MT700C/603复合材料。在室温干态条件下,MT700C/603复合材料的层间剪切强度(ILSS)大于T700SC/603复合材料。但是在湿热老化环境中,T700SC/603复合材料最终的剪切强度保留率大于MT700C/603复合材料。     

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。     

碳纤维增强环氧改性氰酸酯树脂复合材料性能研究

分别采用热重分析(TGA)法、动态力学分析(DMA)法研究了碳纤维增强环氧改性氰酸酯树脂(CE/EP/CF)复合材料的热稳定性、耐热性及动态热力学性能,研究了此种复合材料强力环(NOL环)的力学性能。结果表明,CE/EP/CF复合材料具有优良的耐热性和热稳定性,玻璃化转变温度为226.33℃,NOL环层间剪切强度为48.7MPa。扫描电子显微镜(SEM)分析表明,CF与CE/EP树脂间的界面粘接良好。     

CFRP界面胶接性能的研究

本文主要对碳纤维增强树脂基复合材料与金属铝的界面胶接问题进行了研究。对胶粘剂中的环氧树脂、增韧剂及胶接工艺方法进行了一系列的对比试验，从而选择出适用于实际工艺生产的胶粘剂。     

碳纤维上浆剂及其对复合材料界面性能的影响研究进展

首先介绍了碳纤维上浆剂的作用及分类,将上浆剂主要分为溶液型、乳液型、水溶型3类并指出了各自的特点。然后综述了上浆剂的制备及其与环氧树脂、聚丙烯、聚醚酮类树脂、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚酰胺等树脂基体的匹配情况,着重介绍了上浆剂对复合材料界面性能的影响。最后指出高性能化、多功能化、进一步细分化将是碳纤维上浆剂未来发展的重点。     

石墨烯改性对环氧树脂/碳纤维复丝拉伸性能的影响

采用直接分散法和上浆剂法分别制备了环氧树脂/碳纤维复丝,通过红外光谱、分光光度法等分析方法对处理的石墨烯的表面官能团及表面形貌进行表征,借助扫描电子显微镜对碳纤维表面进行微观形貌观察,研究了石墨烯改性对环氧树脂/碳纤维复丝界面性能的影响。结果表明:石墨烯表面成功地接枝了硅烷偶联剂KH-560;接枝硅烷偶联剂KH-560的石墨烯的环氧树脂/碳纤维复丝的拉伸性能优于未经改性的石墨烯的复丝;上浆法制得的环氧树脂/碳纤维复丝的拉伸性能优于分散法制得的复丝的拉伸性能;上浆剂法制备的石墨烯改性的环氧树脂/碳纤维复丝的断裂强力比未经过改性的未上浆的复丝的提高了48.6%,拉伸强度提高了30.4%,断裂伸长率提高了90.9%。     

碳纤维／PMR—15树脂复合材料的界面研究

本文研究了碳纤维/PMR-15树脂复合材料的界面结构与其性能的关系,破纤维表面采用了冷等离子体或冷等离子体接枝的处理,改善了复合材料界面的结合力,从而改进了材料的综合性能如力学性能等;论文工作中利用了透射电镜、扫描电镜、电子波谱等方法对界面的形貌及组成份进行了分析研究;采用计算机图象识别法使透视电镜的形貌图象变得更为直观与明显。     

电泳沉积纳米粒子增强树脂基碳纤维复合材料界面性能的研究进展

介绍了电泳沉积的基本原理,纳米粒子悬浮液的分散机制,并详细讨论了电泳沉积碳纳米管、氧化石墨烯、二氧化硅、纳米纤维等纳米粒子在碳纤维增强树脂基复合材料界面改性方面的研究进展。     

碳纤维布增强聚苯硫醚复合材料的性能研究

研究碳纤维布的含量、表面处理方法及填料等对聚苯硫醚复合材料性能的影响。结果表明，随着碳纤维布含量的增加，复合材料的拉伸强度、冲击强度提高；碳纤维布经过表面处理后与聚苯硫醚的粘接强度大大提高，其中用丙酮浸泡的效果好于高温热处理；填料硅灰石经偶联处理后加入复合材料中，可提高材料的力学性能和耐热性。     

电化学氧化处理对碳纤维及EP复合材料性能的影响

利用电化学氧化法对碳纤维（CF）进行表面改性处理,并将改性CF用于改性环氧树脂（EP）,研究了CF处理前后纤维复丝拉伸强度和EP／CF复合材料的力学性能。结果表明,氧化处理改善了CF与基体的粘结性;经电化学氧化处理后CF的表面羟基含量提高39．96％,羧基／酯基含量提高141．06％,活性碳原子数增加34．28％;随着氧化电流密度的增加,CF复丝的拉伸强度和复合材料的层间剪切强度均呈现先增大后减小的变化趋势,当电流密度为0．2A／m^2时,复合材料的层间剪切强度提高31．70％。     

碳纤维增强聚合物界面相的研究进展

碳纤维增强聚合物具有重量轻、强度高、模量高、耐高温等优良性能,在国防、航空航天和高端民用产品领域具有广泛的应用前景。本文主要综述了碳纤维增强树脂基复合材料的表面特性,包含碳纤维的表面形貌和粗糙度、碳纤维表面的化学成分等,叙述了碳纤维增强复合材料界面结合强度的表征方法,介绍了碳纤维的表面改性方法,包含氧化处理、等离子体处理及化学气相沉积法等。     

碳纤维/环氧树脂冲击性能研究

本文通过橡胶改性环氧树脂基体对提高碳纤维复合材料的层剪强度和冲击强度的影响进行了研究。     

碳纤维增强环氧树脂基复合材料的性能研究

研究了WBS-3环氧树脂固化体系的反应特性,分析了该固化体系浇铸体的性能;并以碳纤维(T-700S)为增强材料,采用手糊成型螺栓加压工艺制备了WBS-3/T-700S复合材料,研究了复合材料的常温力学性能、高温力学性能、水煮后力学性能和动态力学性能,并对弯曲断面进行分析。研究结果表明,WBS-3树脂基体黏度低、适用期长且韧性好,适合于手糊成型、缠绕成型等低成本制造工艺;由此制得的WBS-3/T-700S复合材料具有优良的力学性能和耐高温性能,其弯曲强度为1434MPa,拉伸强度为1972MPa,剪切强度为76.1MPa,玻璃化温度(Tg)超过210℃;该WBS-3/T-700S复合材料具有很好的界面粘接性(树脂对纤维的浸润性良好)、较低的空隙率且纤维分布均匀。