硅溶膠改性處理對(duì)碳纖維-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料界面性能的影響.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(CFRP)的界面性能主要由碳纖維(CF)表面的物理化學(xué)性質(zhì)所決定。由于未經(jīng)表面處理的CF惰性較大，難以與樹脂基體形成良好的粘結(jié)，因而需要對(duì)其進(jìn)行表面處理。除此之外，環(huán)境溫度對(duì)復(fù)合材料界面粘結(jié)的影響起著重要的作用，復(fù)合材料在實(shí)際環(huán)境中的使用往往比測(cè)試環(huán)境溫度更為復(fù)雜。因此，研究碳纖維的表面處理及其復(fù)合材料在不同環(huán)境溫度下的界面性能對(duì)改善碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能具有重要作用。
　　 本文的目的在于通過對(duì)CF

2、進(jìn)行表面處理，改善碳纖維的表面活性和對(duì)樹脂的浸潤(rùn)性，并以環(huán)氧樹脂(EP)為基體，制備CF/EP復(fù)合材料。通過對(duì)復(fù)合材料在室溫和高溫環(huán)境中的力學(xué)性能和界面破壞行為的研究，探索碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在實(shí)際使用過程中的界面破壞規(guī)律，為改善碳纖維復(fù)合材料在實(shí)際使用中的界面性能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和積累。
　　 采用溶膠，凝膠法制備得到一種硅溶膠表面改性劑，該改性劑在陳化過程中，硅醇的硅羥基之間互相脫水形成了Si-O-Si鍵，凝膠固化后的SiO2顆粒

3、表面存在著-NH2。通過對(duì)表面處理后的CF進(jìn)行形貌觀察和性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過硅溶膠處理后，纖維表面出現(xiàn)分散均勻的納米SiO2小顆粒，浸潤(rùn)性能得到了較大提升，平均單絲強(qiáng)度有所提高;硅溶膠改性處理對(duì)由于硝酸氧化刻蝕作用而使單絲強(qiáng)度下降的碳纖維，有明顯的補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)作用。
　　 將表面處理的CF單向排列與EP復(fù)合，研究其不同溫度下的力學(xué)性能和熱學(xué)性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn):復(fù)合材料在常溫下進(jìn)行縱向拉伸時(shí)，經(jīng)過硅溶膠改性的復(fù)合材料強(qiáng)度有一定提高，但增長(zhǎng)幅

4、度不大;在橫向拉伸的情況下，硅溶膠改性后的復(fù)合材料強(qiáng)度提高比較明顯，2束經(jīng)丙酮處理后再用硅溶膠改性處理的碳纖維所制備的復(fù)合材料(t-a-CF/EP)，強(qiáng)度相比于只經(jīng)丙酮處理碳纖維制備的復(fù)合材料(a-CF/EP)提高了62.74％，經(jīng)硝酸處理后再用表面改性劑處理的復(fù)合材料(t-n-CF/EP)的強(qiáng)度也比只經(jīng)硝酸處理的復(fù)合材料(n-CF/EP)提高了35.27％;當(dāng)溫度升高時(shí)，復(fù)合材料的性能保持率較低。但是經(jīng)過硅溶膠表面處理后，復(fù)合材料的拉

5、伸強(qiáng)度明顯提高。尤其是CF含量9wt％的t-a-CF/EP，在60℃和80℃下相比于a-CF/EP分別提高了58.58％和63.03％。此外，改性處理后的CF所制備的復(fù)合材料分解溫度和Tg也有不同程度的上升，顯示硅溶膠改性劑對(duì)復(fù)合材料界面性能的改善明顯。
　　 基于單纖維拉出試驗(yàn)方法，研究了以碳纖維織物為抽拔對(duì)象的復(fù)合材料界面性能，結(jié)果表明:織物經(jīng)硅溶膠改性劑處理后，拉出最大載荷和界面性能都得到了提升，t-a-CF/EP的界面剪