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文檔簡介
1、碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能是否能夠充分發(fā)揮,兩相間的界面粘接起著關(guān)鍵作用。PAN基碳纖維表面較光滑,且呈現(xiàn)化學(xué)惰性,這些特征不利其與樹脂基體形成良好的界面粘接。若對PAN基碳纖維進行表面處理,使其表面具有活性基團,增加其表面粗糙度,就可以提高PAN基碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能。
本篇論文研究電化學(xué)處理碳纖維過程中電解質(zhì)、電流密度、電導(dǎo)率、溶液溫度等因素對電化學(xué)處理效果的影響;探討碳纖維表面接枝馬來酸酐的量和
2、不同條件的關(guān)系;研究未表面處理、電化學(xué)處理、電化學(xué)-氨化聯(lián)合處理碳纖維的表面性能,不同表面狀態(tài)碳纖維增強尼龍66樹脂的力學(xué)性能,及兩相界面粘接狀況。
采用掃描電鏡、原子力顯微鏡、拉曼光譜、紅外光譜、X射線電子能譜對碳纖維表面的形貌、微晶尺寸、官能團進行研究;利用亞甲基藍(MB+)在碳纖維上的吸附和酸堿滴定,測試碳纖維表面的酸性官能團的量及孔隙結(jié)構(gòu);測試碳纖維與環(huán)氧樹脂,尼龍66間的界面剪切強度、彎曲強度,以評價碳纖維與樹脂
3、間的界面粘接狀況。
主要結(jié)果如下:
(1)電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率與電解質(zhì)種類、濃度、溶液溫度有關(guān)。當(dāng)電解質(zhì)濃度大于5wt%時,溶液電導(dǎo)率基本不變。電導(dǎo)率隨著溶液溫度的升高而提高。PAN基碳纖維經(jīng)過電化學(xué)處理后,表面潤濕性能提高,溝槽加深;表面處理后的酸性官能團及孔隙結(jié)構(gòu)越多,其吸附MB+和NaOH的量越多;酸性電解質(zhì)溶液及較高的處理溫度都可以增加碳纖維表面的刻蝕程度;通過變化表面處理的條件,可以控制碳纖維表面的各
4、種官能團生成量。相比在NH4HCO3溶液中處理的PAN基碳纖維,PAN基碳纖維在H3PO4溶液中處理后表面微晶尺寸減少較多,且單絲強度有所提高。表面處理后的碳纖維和環(huán)氧樹脂間的界面剪切強度明顯提高。
(2)通過狄爾斯-阿德爾反應(yīng)可以在PAN基碳纖維表面接枝上馬來酸酐。碳纖維表面接枝馬來酸酐的量與反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間有關(guān),一般在溶液中100℃反應(yīng)1h就可以在碳纖維表面接枝上大量的馬來酸酐。碳纖維經(jīng)過電化學(xué)處理后,表面的雙烯結(jié)構(gòu)
5、開始減少,但當(dāng)氧化程度提高時,雙烯結(jié)構(gòu)變化不大。接枝馬來酸酐后的碳纖維和環(huán)氧樹脂間的界面剪切強度提高較大。
(3)PAN基碳纖維經(jīng)過電化學(xué)及氨化處理后表面的潤濕性提高,且氨化處理的潤濕性最好。在NH4HCO3溶液中電化學(xué)處理后的碳纖維表面形成大量的含氧、含氮官能團;氨化處理后的碳纖維表面的含氮官能團明顯增多,但是含氧官能團減少。電化學(xué)處理后的碳纖維表面被活性氧刻蝕,表面粗糙度變大,微晶尺寸減少,這些特征在氨化處理后都得到保
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