基于碳纤维表面修饰制备碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)热塑性复合材料

碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)复合材料是重要的热塑性航空复合材料,其难点为提高碳纤维(CF)与基体的浸润性及界面强度。探讨了CF表面修饰对CFF/PPS界面结合强度的影响,对比了热处理去浆及三种表面修饰剂对碳纤维单丝及CFF/PPS复合材料的改性效果。采用X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、单丝强度测试、复合材料静力学测试和动态力学分析等手段对CF表面修饰效果进行评价,建立了基于CF表面修饰制备高性能CFF/PPS热塑性航空复合材料的方法。制备的复合材料层间剪切强度达91.4MPa,弯曲强度953.7MPa,拉伸强度797.4MPa,模量68.4GPa,冲击强度58.3kJ/m2,用SEM观察到CF表面包覆大量PPS树脂。     

耐湿热老化三元复合材料OMMT/EP/CF的制备研究

为提高碳纤维复合材料的耐湿热老化性能以及力学性能,通过有机化蒙脱土(OMMT)改性环氧树脂(EP)制备了有机化蒙脱土/环氧树脂/碳纤维(OMMT/CF/EP)复合材料,研究了OMMT的插层效果,OMMT加入质量分数和类型对环氧树脂气体阻隔性及对制备的OMMT/CF/EP复合材料的剪切性能、耐湿热老化性能等的影响.研究结...     

老化环境对碳纤维增强聚醚酰亚胺树脂基复合材料超声焊接头性能的影响

超声焊接技术因其高效、环保被认为是复合材料连接的有效方式之一。复合材料超声焊接头在不同使用环境中可能会存在一定的老化效应。文中以碳纤维增强聚醚酰亚胺复合材料(CF/PEI)超声焊接头作为研究对象，采用单搭接剪切强度(LSS)和接头破坏形貌的扫描电子显微镜观察的方法对CF/PEI复合材料超声焊接头在高温、水煮和湿热环境中的老化性能进行了评估。研究结果表明，复合材料超声焊接头单搭接剪切强度在较高温度时（110～170℃）存放5 h、吸水率在1%以上及湿热环境中（30℃，湿度50%）存放不同时间（5～15 d）后均出现明显下降。     

碳纤维-碳纳米管增强相的构筑及其三相复合材料力学性能

利用化学接枝的方法成功将碳纳米管(CNT)-聚醚酰亚胺(PEI)接枝到碳纤维(CF)表面，构筑CF-g-CNT增强相。结果表明，CF-g-CNT纤维的构筑可以有效地改善复合材料的界面、抗冲击和弯曲性能。考虑增强相对复合材料力学性能的影响，与双马来酰亚胺(BMI)复合后形成的CF-g-CNT/BMI复合材料的界面剪切强度、冲击强度、弯曲模量和弯曲强度分别较CF/BMI提高48.8%,10.8%,5.2%和14.6%;CF-g-CNT/BMI-PEI-CNT复合材料的界面剪切强度、冲击强度、弯曲模量和弯曲强度分别较CF/BMI-PEI-CNT提高56.9%,27.1%,12.5%和16.1%。综合考虑基体相和增强相对复合材料力学性能的影响，CF-g-CNT/BMI-PEI-CNT复合材料的界面剪切强度、冲击强度、弯曲模量和弯曲强度分别较CF/BMI提高57.7%,33.7%,20.0%和23.7%。CF-g-CNT中CNT-PEI可以有效地改变复合材料界面构成，改变界面处水平应力和垂直应力的扩展路径，有效避免应力集中，进而提高复合材料的力学性能。     

碳纤维表面处理对脉冲电磁场作用下碳纤维增强聚乳酸基复合材料降解行为的影响

采用HNO₃氧化对碳纤维进行表面处理,并制备了碳纤维增强聚乳酸基（CF/PLA）复合材料。研究了脉冲电磁场（PEF）对该条件下CF/PLA复合材料降解特性的影响。结果表明,碳纤维的表面处理对PEF作用下CF/PLA复合材料的吸水率、质量保持率、弯曲强度和剪切强度等均有不同程度的影响。分析表明,碳纤维表面处理形成的酯键在受到PEF作用后存在某种改变,进而导致CF/PLA复合材料界面降解行为的特异性。本研究有望提供一种从材料本身和外部条件协同控制的可降解CF/PLA骨折内固定装置解决方案。     

仿竹结构多孔聚醚砜基碳纤维复合材料

竹子是以竹纤维为增强体、木质素为基体所构成的天然复合材料，其竹纤维赋予了竹材高强度的特点，多孔木质素结构赋予了竹材轻质、高韧性的特点。本文通过模仿竹子的结构特征，采用液相浸渍法和浸没沉淀相转化法在碳纤维表面沉积多孔聚醚砜聚合物，制备出兼具轻质、高韧性、高强度特点的仿竹结构多孔聚醚砜基碳纤维复合材料(CF/foam PES)。研究结果表明：与传统密实结构的聚醚砜基碳纤维复合材料(CF/condense PES)相比，本文制备出的聚醚砜基碳纤维复合材料的海绵状多孔聚醚砜结构降低了复合材料的表观密度，且CF/foam PES的比强度相对于CF/condense PES提高了234.5%，比模量提高了192.6%；多孔聚醚砜使CF/foam PES具有优异的吸能性能。     

纤维热氧-接枝处理与基体改性对CF/VE复合材料力学性能的影响

针对碳纤维增强乙烯基酯树脂(CF/VE)复合材料界面性能薄弱的问题,通过热氧-接枝的方法对碳纤维表面进行改性,通过添加偶联剂改性树脂,并采用真空辅助成型工艺制备了CF/VE复合材料。通过纤维扫描电镜(SEM)表征和CF/VE复合材料力学性能测试、动态力学测试、界面粘结参数计算以及界面的微观表征验证改性方法的效果。SEM测试表明改性后纤维比表面积和粗糙度提高;TGA测试表明碳纤维氧化温度大于210℃,且氧化温度在600℃时,CF/VE复合材料综合性能最佳;CF/VE复合材料界面性能随隅联剂质量浓度的增大先提高后降低,且在其质量浓度为1%时,层间剪切强度最大,相对于未改性CF/VE复合材料的提高了74.3%;动态力学性能测试(DMA)表明改性CF/VE复合材料的玻璃化转变温度Tg较未改性的提高了约10℃;界面粘结参数A和α的定量计算表明改性CF/VE复合材料界面性能得到较大改善。     

紫外老化对碳纤维增强环氧树脂复合材料性能的影响

采用拉挤成型工艺制备碳纤维增强环氧树脂基复合材料,并对其进行人工加速紫外老化实验,对不同老化时间的试样进行弯曲强度测试、冲击强度测试、动态热机械分析(DMA)。结果表明,紫外老化仅影响到受紫外辐射的碳纤维环氧复合材料最外层,使对外层性能敏感的力学性能下降;紫外老化使复合材料玻璃化转变温度(Tg)提高,老化前期提高幅度相对较大,后期变化不明显;随着老化时间的增加,受到紫外辐射的最外层碳纤维/环氧树脂界面受到一定程度削弱。     

湿热环境下介质因素对CF/UPR复合材料的影响

研究了45℃几种介质环境中碳纤维/不饱和聚酯树脂(CF/UPR)复合材料的吸湿特性和静态力学性能的变化规律,对湿热老化前后CF/UPR复合材料进行了IR和SEM分析。结果表明,CF/UPR复合材料在5%NaCl和5%H2SO4的吸湿行为符合菲克第二定律,浸泡720h后,复合材料弯曲强度保留率均发生下降,且以碱性条件下的弯曲强度保留率下降最为严重;IR和SEM结果表明,湿热环境导致该复合材料发生基体的水解反应、界面脱粘以及基体塑化、溶胀并由此产生裂纹等缺陷。     

聚吡咯涂覆碳纤维的制备及其复合材料的力学性能研究

采用在一定程度下可控的电化学聚合法在碳纤维表面快速一步构建了聚吡咯(Ppy)共轭高分子膜，再利用真空辅助树脂传递模塑技术(VARTM)将碳纤维(CF)与环氧树脂(EP)制备成复合材料。使用扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱仪对碳纤维的表面形态和结构进行分析与表征，并通过对碳纤维/环氧树脂复合材料(CF/EP)进行层间剪切强度试验和三点弯曲实验来研究其力学性能。结果表明：与未经处理的CF/EP相比，碳纤维表面具有聚吡咯涂层的CF/EP其层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量分别提升了37.6%、24.3%和37.5%。因此，通过简单高效的一步电聚合法在碳纤维表面修饰聚吡咯涂层，可有效地提高CF/EP的整体力学性能。