碳纖維表面Sol-Gel法涂覆TiO薄膜的工藝基礎研究.pdf

1、碳纖維的高比強度、高比模量、耐疲勞、耐腐蝕和耐燒蝕等一系列優(yōu)良性能使其成為理想的增強材料。但高溫條件下，碳纖維能和很多基體合金元素發(fā)生化學反應，生成相應的產物，同時還存在碳纖維的氧化和合金元素與碳之間的相互擴散等問題，惡化了復合材料的界面結合。因此，為了保護碳纖維和改善碳纖維與基體間的相容性，在制備復合材料時往往要對碳纖維表面改性，包括涂層，鍍層等。近年來，溶膠-凝膠法(Sol-Gel)以其低溫、簡單等特點，在薄膜制備領域得到了廣泛的應

2、用。本文將溶膠-凝膠技術引入到碳纖維表面的改性中，在碳纖維表面采用Sol-Gel法制備碳膜，研究涂覆工藝、熱處理、結合牢度等對碳纖維涂層的影響，這對于碳纖維表面改性方法的豐富和改性機理的深入探索具有重大的理論價值和現實意義。
　　用Sol-Gel法制備TiO2溶膠，并采用單因素實驗研究不同組分及實驗條件對TiO2溶膠的膠凝時間和涂覆質量的影響，確定制備穩(wěn)定TiO2溶膠的最佳組分配比。采用XRD、TG-DSC、SEM、AFM分析手段

3、等對TiO2的晶相、晶粒尺寸和載玻片上的薄膜的表面形貌、性能進行表征，探索制備TiO2薄膜的最佳制備工藝。采用SEM、TG等手段分析碳纖維上TiO2涂層的表面形貌、涂覆效果及涂層碳纖維的性能，并采用灰分法和超聲振蕩法分別測定了碳纖維上TiO2的負載量和結合牢度。
　　以Ti(OC4H9)4-C2H5OH-H2O體系的全相圖為理論依據，經實驗研究，在室溫條件下制備薄膜的最佳組分配比為:n(Ti(OBu)4)∶n(CH3CH2OH)∶

4、n(H2O)∶n(CH3COOH)∶ n(AcAc)=1∶25∶3.5∶1.5∶0.055。溶膠粘度值在3.8mpa.s時，能制得最佳質量的薄膜;利用TG-DSC和X射線衍射儀對二氧化鈦凝膠的晶型轉變、顆粒大小進行了測試。結果表明在二氧化鈦由無定形開始向銳鈦礦相轉變300℃左右，銳鈦礦相開始向金紅石相轉變的溫度在500℃左右，顆粒尺寸隨熱處理溫度的升高逐漸變大。利用SEM對涂層的表面結構分析研究，結果表明涂覆三次的效果較好。