羽毛球拍用碳纤维的表面改性与性能研究

为了对碳纤维进行表面接枝改性处理以增强碳纤维与环氧树脂间的结合力,提升碳纤维的综合力学性能并应用于羽毛球拍中。以亚临界水作为反应介质将三聚氰胺接枝到羽毛球拍用碳纤维表面,研究了反应时间对接枝改性碳纤维的表面形貌、接触角/表面能、单丝拉伸强度、界面剪切强度和冲击韧性的影响。结果表明,上浆处理后碳纤维表面不会有上浆剂残留,但是碳纤维纵向仍然可见加工沟槽,当三聚氰胺接枝改性时间延长至25min及以上时,碳纤维纵向沟槽有所变浅,且由于三聚氰胺在碳纤维上的聚集使得碳纤维表面粗糙度增大,局部可见块状聚集。经过三聚氰胺介质改性的碳纤维的接触角都小于接枝改性前、表面能都大于接枝改性前,随着接枝反应时间的延长,改性碳纤维的接触角不断减小。三聚氰胺接枝改性处理后碳纤维的单丝拉伸强度相较于接枝改性前有不同程度的降低,且随着反应时间的延长,单丝拉伸强度呈现先减小后增大的特征。随着三聚氰胺接枝改性时间的延长,CF-W-t的界面剪切强度、裂纹形成功、拓展功和冲击功呈现逐渐增加的趋势。将三聚氰胺接枝到羽毛球拍用碳纤维表面可以增强碳纤维的综合力学性能。     

碳纤维的改性及其界面性能

采用化学接枝的方法对篮球鞋用碳纤维进行了表面改性处理,将柠檬酸接枝到碳纤维表面制备了碳纤维/环氧树脂复合材料,对比分析了改性前后碳纤维的表面形貌、界面剪切强度和层间剪切强度,并对断口形貌进行了观察。结果表明:经过柠檬酸改性后的碳纤维表面粗糙度明显增加,与树脂基体的结合力最强;碳纤维、氧化后的碳纤维、对苯二胺接枝的碳纤维、聚柠檬酸接枝的碳纤维和二次接枝对苯二胺的碳纤维的界面剪切强度分别为46.8,53.4,68.2,62.4,82.2 MPa,改性碳纤维的界面剪切强度都高于原始碳纤维,二次接枝对苯二胺的碳纤维的界面剪切强度最大;经过表面改性处理的碳纤维的层间剪切强度都有不同程度提高,且二次接枝对苯二胺的碳纤维的层间剪切强度最大。     

剑麻纤维/聚乳酸复合材料的制备及性能研究

采用蒸馏水、Na OH溶液、干法接枝马来酸酐(MAH)、酰化接枝月桂酸(GML)四种方式处理剑麻纤维(SF),用压制成型法制备纤维/聚乳酸(PLA)复合材料。利用红外光谱表征处理后的剑麻纤维。通过力学性能测试和扫描电镜分析表明,复合材料随着纤维含量的增多、层数增加,冲击强度与拉伸强度明显提高。加入70%的同向交错四层纤维时,SF/PLA复合材料的拉伸强度提高到104.5 MPa、冲击强度提高到135.86 J/m。纤维表面处理可以明显改善复合材料的界面相容性。     

乒乓球拍用碳纤维复合材料的改性与性能研究

在乒乓球拍用碳纤维/环氧树脂复合材料表面进行了不同含量纳米微晶纤维素涂覆的改性处理,研究了纳米微晶纤维素含量对复合材料表面形貌、单丝拉伸强度、剪切强度和弯曲性能的影响,并对断口形貌进行了观察。结果表明,硅烷化改性处理并不会对纳米微晶纤维素的形貌和尺寸产生显著改变;去除上浆剂后的碳纤维抗拉强度约为3.44GPa,剪切强度约为48.3MPa,碳纤维的弯曲强度和弯曲模量分别为418.3MPa和20.1GPa,随着AMEO-NCC含量增加,AMEO-NCC涂覆的碳纤维的单丝抗拉强度、剪切强度、弯曲强度和弯曲模量都呈现先增加而后减小的特征,在AMEO-NCC含量为质量分数0.3%时取得单丝抗拉强度最大值,且都高于去除上浆剂后的碳纤维。     

改性木纤维/PVC复合材料界面及性能的研究

比较了硅烷偶联剂处理、氢氧化钠溶液浸泡与硅烷偶联剂双重处理,接枝改性等3种木纤维表面处理方法对木纤维/PVC复合材料界面及性能的影响,通过扫描电镜照片发现接枝改性木纤维在PVC基体中分散更均匀,与PVC界面相容性好.接枝改性木纤维/PVC复合材料的拉伸强度、冲击强度、断裂伸长率等力学性能有明显提高.最后分析了木纤维接枝改性处理时引发剂用量对复合材料力学性能的影响.     

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。     

沥青基短切碳纤维的表面臭氧改性对碳纤维/天然橡胶复合材料结构与性能的影响

研究沥青基短切碳纤维表面臭氧改性时间及碳纤维用量对碳纤维/天然橡胶（NR）复合材料结构与性能的影响。结果表明：随着臭氧处理时间的延长,碳纤维表面涂覆层逐渐减少直至消失,表面粗糙度明显增大,与NR的界面粘合明显改善;与添加未处理碳纤维的NR硫化胶相比,臭氧改性碳纤维/NR硫化胶的拉伸强度大幅提高;随着改性碳纤维（臭氧处理3.5 h）用量的增大,碳纤维/NR硫化胶的拉伸强度、拉断伸长率在碳纤维用量为5份时出现最大值; 添加5份改性碳纤维（臭氧处理3.5 h）可使NR硫化胶的初始分解温度提高10 ℃。     

武术器械用碳纤维的表面改性与性能研究

采用表面涂层法对武术器械用碳纤维进行了表面改性处理,对比分析了原始碳纤维、表面涂覆ZrO_2涂层和Y-ZrO_2涂层的碳纤维的表面形貌、物相组成和界面剪切强度,并分析了涂层层数对涂覆Y-ZrO_2涂层的碳纤维的表面形貌和界面剪切强度的影响。结果表明,ZrO_2涂层和Y-ZrO_2涂层可以在碳纤维表面均匀涂覆,ZrO_2粉主要物相为m-ZrO_2和t-ZrO_2,Y-ZrO_2粉的主要物相为t-ZrO_2;随着温度的升高,碳纤维、碳纤维表面ZrO_2涂层和Y-ZrO_2涂层都会发生不同程度的质量损失,但是Y-ZrO_2涂层的失重速率最小;在Y-ZrO_2涂层层数为4时,Y-ZrO_2涂层在碳纤维表面可以均匀完全涂覆且不会在碳纤维间产生Y-ZrO_2涂层剩余;随着Y-ZrO_2涂层层数的增加,界面剪切强度呈现先增加而后减小的特征,在Y-ZrO_2涂层层数为4时取得最大值。     

工程量清单计价模式下建筑碳纤维的优化与性能研究

从工程量清单计价角度出发，采用化学浴的方法对建筑碳纤维进行了表面改性，优化了氢氧化镍改性时间，并对作用机理进行了研究。结果表明，改性前碳纤维表面除有较浅的原始纵向加工沟痕外，表面较为整洁;经过不同时间的改性处理后，碳纤维表面附着物逐渐增加并在改性时间为3 h时形成垂直碳纤维表面生长的氢氧化镍纳米片，表面质量较好。随着改性时间延长，改性碳纤维在水中和在二碘甲烷中的接触角呈现先减小后增大，表面能、弯曲强度和弯曲模量呈现先增加后减小特征;在改性时间为3 h时取得接触角最小值，表面能、弯曲强度最大值;改性时间为1、2、3和4 h时碳纤维复合材料的界面剪切强度相较未改性碳纤维分别提升26.2%、52.6%、82.1%和54.3%;氢氧化镍改性碳纤维适宜的时间为3 h。     

γ-射线辐照对碳纤维及其复合材料力学陛能的影响

以^60Co γ-射线为辐照源对碳纤维（CF）表面进行处理，利用扫描电子显微镜（SEM）观察经辐照处理后的碳纤维单丝表面及其与环氧树脂制备的复合材料试样的层间剪切断付；通过层间剪切强度比较了吸收剂量对其复合材料层间剪切强度（ILSS）的影响，并根据GB/T 3362—1982标准比较了辐照前后碳纤维复照拉伸强度的变化。结果表明：辐照处理后的碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面明显得到改善，在一定的吸收剂量范围内能够有效地提高复合材料的ILSS，但是过大的辐照剂量和接枝率不利于复合材料的界面改性；当辐照剂量小于250kGy时，碳纤维的复丝拉伸强度有所提高。     

短碳纤维强韧铝硅酸盐聚合物基复合材料的强韧化机理及断裂行为

本文制备了短碳纤维长度为7 mm的预制体,然后再与铝硅酸盐聚合物配合料复合制备了纤维含量分别为3.5vol%、4.5vol%和6.0vol%的短碳纤维强韧的铝硅酸盐聚合物基复合材料.通过对复合材料三点弯曲力学性能测试以及测试过程中试样拉伸侧面微观裂纹的原位观察,对复合材料的力学性能,韧化机理以及断裂行为进行了研究.研究发现,纤维的加入极大的改善了复合材料的强度和韧性并使复合材料呈现"伪塑性"断裂特征.原位观察表明,弯曲测试过程中复合材料拉伸面会产生大量的次生裂纹并逐步扩展.随着载荷达到最大值,主裂纹产生并导致次生裂纹处应力出现下降,致使次生裂纹扩展停滞并呈现一定程度的闭合.复合材料拉伸面次生裂纹的萌生及扩展是复合材料具有较大断裂功的主要原因.随着复合材料模量的增加,复合材料拉伸面次生裂纹的扩张幅度逐步缩小,变形能力减弱.     

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%。     

臭氧改性碳纤维/聚酰亚胺复合材料的制备与性能研究

采用臭氧氧化的方法对碳纤维进行表面改性,并用作热塑性聚酰亚胺树脂的增强体。采用单丝拉伸试验、XPS研究臭氧处理时间对碳纤维单丝拉伸强度和表面官能团的影响。结果表明,臭氧处理时间越长,碳纤维力学性能的下降程度越大,而表面含氧官能团含量越多。优选单丝拉伸强度保留率较高、含氧官能团含量较丰富的碳纤维与热塑性聚酰亚胺制成复合材料,并评价其层间剪切强度(ILSS)。结果表明,臭氧处理5 min就可使碳纤维/聚酰亚胺复合材料的ILSS提升43%,说明臭氧处理可显著提升碳纤维/热塑性聚酰亚胺的界面性能。     

电子束辐射接枝对PAN基碳纤维的表面改性

采用电子束加速器辐射接枝方法对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维进行表面改性,研究了接枝单体种类对接枝率及其环氧树脂基复合材料力学性能的影响,分析了辐射接枝前后PAN基碳纤维的表面形貌与化学结构以及其复合材料界面断口的形貌变化。结果表明:电子束辐射接枝改性的PAN基碳纤维表面粗糙度增加,表面活性官能团增多,与树脂的机械锲合作用增强,其树脂基复合材料断口表而较为平整;乙二胺/水溶液体系是辐射接枝改性的理想溶液,在200 kGy的电子束辐射下,PAN基碳纤维表面的接枝率为6.66%,复合材料的层间剪切强度提高了45.1%。     

短碳纤维增强聚丙烯复合材料性能的研究

本文研究了单螺杆挤出机加工短碳纤维增强聚丙烯复合材料（ＣＦＲＰＰ）的性能。结果表明，经表面处理的短碳纤维与ＰＰ复合，得到的材料其拉伸强度、冲击强度和热变形温度有明显提高，成型收缩率显著减小、电性能与半导体相近。本文还结合拉伸断面的电镜照片，比较分析了表面处理前后短碳纤维增强ＰＰ复合材料力学性能的变化。     

体育器械用碳纤维复合新材料的制备与性能研究

将多巴胺改性的碳纳米管接枝到碳纤维表面并进入到含聚四氟乙烯的环氧树脂溶液中,固化成型后形成碳纤维/环氧树脂复合材料,研究了体育器械用CNT-PDA-碳纤维布/环氧树脂复合材料的表面形貌和耐磨性能。结果表明,CNT-PDA-碳纤维布的红外光谱图中除含有比原始碳纤维布相同的3418cm~(-1)处的更强邻苯二酚的-OH伸缩振动峰、1608cm~(-1)处更强的C=C吸收峰外,CNT-PDA-碳纤维布在1265cm~(-1)和1046cm~(-1)处还分别发现了苯基弯曲振动峰和C-N伸缩振动峰;聚四氟乙烯含量为30%的CNT-PDA-碳纤维布/环氧树脂复合材料具有最佳的疏水特性,且随着在氨基硅油中浸泡时间的增加,CNT-PDA-碳纤维布/环氧树脂复合材料的表面接触角呈现先增加而后减小的趋势,在浸泡时间为30min时取得最大值153.7°±1.8°,此时,CNT-PDA-碳纤维布/环氧树脂复合材料具有良好的耐磨性能,并且摩擦磨损后仍然具有较好的疏水性能。     

高低温循环及湿度耦合作用对环氧树脂基碳纤维增强复合材料拉伸性能的影响

研究了环氧树脂基碳纤维增强复合材料在高低温循环(-40～40℃/-40～25℃)及湿度(有水、无水)两种环境因素耦合作用下的拉伸性能变化规律以及界面损伤机理,循环实验包括0,5,10,100,200,300周期,结合拉伸强度测试、吸湿实验及扫描电镜(SEM)分析。结果表明,不管在有水还是无水的环境下,环氧树脂基碳纤维增强复合材料的拉伸强度随高低温循环周期增大整体呈现先降低再升高再降低的变化趋势;高低温循环5周期时开裂最严重,拉伸强度到达谷点,随着循环次数的增多直至100周期左右,材料的拉伸强度达到峰值,随后下降;拉伸模量影响不大;树脂基体与纤维界面产生的微裂纹被证明是导致复合材料强度降低的主要原因;湿度的耦合作用促进裂纹的扩展,明显削弱了环氧树脂基碳纤维增强复合材料的拉伸性能。     

长碳纤维／聚丙烯复合材料加工工艺和性能的研究

本文利用单螺杆挤出机，采用电缆包覆式工艺，进行聚丙烯树脂包覆长碳纤维，然后再二次造粒，制备出长碳纤维／聚丙烯合粒料，对此复合材料和原ＰＰ树脂的性能测试结果发现，因碳纤维表面未经处理，致使复合材料的拉伸强度，伸长率，缺口冲击强度较原ＰＰ树脂有一定程度地下降，而此复合材料的导电性却大大提高，结合其断口和横截面和电子扫描电镜照片，讨论了复合材料力学性能下降和电学性能提高的机理。     

γ-射线辐照对碳纤维及其复合材料力学性能的影响

以60Coγ-射线为辐照源对碳纤维(CF)表面进行处理,利用扫描电子显微镜(SEM)观察经辐照处理后的碳纤维单丝表面及其与环氧树脂制备的复合材料试样的层间剪切断口;通过层间剪切强度比较了吸收剂量对其复合材料层间剪切强度(ILSS)的影响,并根据GB/T3362—1982标准比较了辐照前后碳纤维复丝拉伸强度的变化。结果表明:辐照处理后的碳纤维增强环氧树脂复合材料的界面明显得到改善,在一定的吸收剂量范围内能够有效地提高复合材料的ILSS,但是过大的辐照剂量和接枝率不利于复合材料的界面改性;当辐照剂量小于250kGy时,碳纤维的复丝拉伸强度有所提高。     

发散法接枝聚酰胺-胺改性碳纤维织物及其应用研究

采用发散法,以乙二胺(EDA)为引发核,与丙烯酸甲酯(MA)通过迈克尔加成和酰胺化反应将1.0代聚酰胺-胺(1.0 G PMMAM)接枝到碳纤维织物(CFF)表面,同时将1.0 G PMMAM作为双酚A型环氧树脂(EP)的固化剂,制备了接枝改性CFF/EP复合材料,分析了改性CFF的表面结构及改性前后CFF/EP复合材料的力学性能。结果表明:通过迈克尔加成和酰胺化反应,1.0 G PAMAM被成功地接枝在CFF表面;接枝改性后CFF表面粗糙度增加,沟壑变得更密,且其类石墨的有序结构遭到破坏,无序性增加;接枝改性CFF/EP复合材料的弯曲强度、剪切强度和冲击强度较未改性CFF/EP复合材料分别提高了102%,99%和30%。