预辐照与等离子体对炭纤维表面接枝改性研究

分别采用γ射线预辐照接枝丙烯酸和等离子体接枝丙烯酸的方法对炭纤维表面进行处理.分别利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对2种改性方法处理前后炭纤维表面物理化学状态进行表征;通过层间剪切强度对炭纤维表面改性效果进行评价;并对2种改性方法接枝过程进行了初步探讨.γ射线预辐照接枝和等离子体接枝均对纤维表面产生了刻蚀,并在纤维表面引入了含氧官能团,增加了炭纤维与树脂基体间的界面粘接性能;虽然γ射线预辐照接枝的处理效果略低于等离子体,但前者具有低成本、便于批量化处理和强化纤维本体强度的优点,是一种非常有前景的炭纤维表面改性方法.     

超高强度聚乙烯纤维复合材料表面改性研究

介绍了一种新型高性能有机纤维——超高强度聚乙烯(UHSPE)纤维的性能及应用，研究了其表面经电晕放电改性对UHSPE纤维-环氧树脂界面粘结强度的影响。通过单丝拔出法及NOL环试验对uHsPE纤维表面改性处理进行了表征。结果表明，经电晕法表面处理后的UHSPE纤维单丝与环氧树脂的界面粘结强度有了很大的提高。     

中间相沥青基碳纤维表面特性和界面粘结性能

针对高模量、高热导率中间相沥青基碳纤维复合材料界面性能弱等瓶颈问题,深入研究该类纤维表面特性及其与树脂的界面粘结性能。选取3种典型中间相沥青基碳纤维,测试分析其微观形貌、表面能和极性与色散分量、表面元素种类与含量,利用微脱黏方法表征中间相沥青基碳纤维与环氧树脂的界面剪切强度。研究结果表明:中间相沥青基碳纤维表面均存在明显沟槽结构,但其呈化学惰性,选用的中间相沥青基碳纤维与环氧树脂界面剪切强度最高约为50 MPa,明显低于聚丙烯腈基碳纤维;纤维表面能越高,尤其是极性分量越高,中间相沥青基碳纤维/环氧树脂界面剪切强度越大,这些结果揭示了中间相沥青基碳纤维与树脂基体界面性能主控因素。     

碳纤维/PBO纤维层间混杂复合材料性能

分别采用HTA-P30碳纤维、T800碳纤维与PBO纤维进行了层间混杂,研究了不同的混杂比、不同性能的碳纤维以及不同的粘接界面对PBO/碳纤维复合材料的拉伸性能和层间剪切性能的影响。试验结果表明,T800与PBO纤维混杂后,复合材料的强度表现出混杂负效应,而模量和层间剪切强度表现出混杂正效应,且均随混杂比的增大而降低。PBO纤维经过表面处理后,提高了混杂复合材料的弱界面层粘结性能,从而强度、模量、层间剪切强度的混杂效应系数均有不同程度的增大,尤其是层间剪切强度的混杂效应系数提高程度很大,并且与纤维的表面状态密切相关。随着PBO纤维的混入,可降低复合材料性能的分散性(离散系数),提高质量可靠性。     

F—12芳纶纤维表面处理对复合材料剪切性能的影响

初步研究了Ｆ－１２芳纶纤维表面接枝处理对Ｆ－１２芳纶／环氧复合材料层间剪切强度的影响，结果表明：经接枝处理后，Ｆ－１２芳纶／环氧复合材料层间剪切强度能达８４．６３ＭＰａ处理效果明显，对接枝改性机理进行了探讨。     

表面改性碳纤维增强树脂基复合材料研究进展

界面是处于连接增强纤维和基体之间的极其重要的微观结构,良好的界面结合能有效地传递载荷,从而提高材料的力学性能,由于碳纤维表面呈惰性,比表面积小,表面能低等缺点导致材料界面层结合强度低,因此有必要通过某种途径改善其上述缺陷.目前,改善碳纤维表面缺陷的方法是对碳纤维表面进行表面改性处理,从而提高其界面力学性能.在界面的研究中,提高其碳纤维与基体的结合强度是改善复合材料力学性能的关键.因此,对碳纤维复合材料界面结合强度的各种影响因素进行分析,综述了碳纤维增强树脂基复合材料界面构筑方法及其对复合材料力学性能的影响.     

纤维表面处理对单向C/SiC复合材料拉伸强度的影响

为改善纤维与基体的界面结合状态,提高C/SiC复合材料力学性能,对炭纤维采用1800℃高温处理、CVI沉积热解炭以及两者联合作用3种方法进行纤维表面处理,研究了表面处理对C/SiC单向复合材料力学性能的影响。结果表明,经过1800℃处理后的纤维表面粗糙度变大,表面沟槽加深,复合材料的拉伸强度是未经表面处理纤维复合材料拉伸强度的2.4倍;纤维表面沉积热解炭后表面粗糙度减弱,其拉伸强度是未经表面处理纤维复合材料的3.1倍;两者联合作用时纤维表面光滑,拉伸强度最高,达708 MPa。     

几种高性能纤维的表面性能及其对界面粘接的影响

分别使用扫描电镜和X射线光电子能谱仪，对T-800炭纤雏、F-12有机纤维及新型超高强度PBO纤雏(聚对苯撑苯并双嗯唑)进行了物理与化学表征和分析，用SEM观察得出这三种纤雏表面物理形态差别清晰可见，T-800纤雏表面沟槽深且直径小，PBO纤雏表面极光滑且直径中等，F-12纤维直径最大且表面有微小沟槽。XPS定量分析表明，这三种纤维表面活性也不一样，T-800纤维表面活性较多，PBO纤维表面活性最差。纤维表面状态的差异体现在它们与树脂复合后的材料界面粘接性能上，T-800纤维的界面剪切强度(IFSS)高，F-12纤雏次之，PBO纤雏最差。     

界面化学反应对炭纤维/聚芳基乙炔复合材料界面性能的影响

采用接枝含有双键的乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)的方法对炭纤维(CF)进行了表面改性。接枝前后的炭纤维表面特性通过表面官能团滴定和表面能测量进行了表征。通过分析苯乙炔的三键与A-171的双键的反应程度,间接评价了芳基乙炔树脂的三键与A-171的双键的反应程度。CF/PAA复合材料的界面粘接性能通过断口形貌分析和层间剪切强度(σILSS)测试进行了评价。结果表明,芳基乙炔的三键与A-171的双键可发生化学反应,且反应程度很高。由于芳基乙炔的三键与A-171的双键在界面上的化学反应,使CF/PAA树脂复合材料的界面粘接性能明显提高,σILSS=43.3 MPa,比未处理试样提高了43%。     

Twaron纤维的新型化学活化方法

以傅瑞德-克拉夫茨(Friedel-Crafts)反应为基础,活化处理Twaron纤维的惰性表面。对经过活化处理的Twaron纤维进行了单丝拔出(SFP)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外图谱(FTIR)、表面电子能谱(XPS),以及表面自由能等测试。测试结果显示,经过活化处理后,Twaron纤维表面因环氧基团的接枝而使表面自由能显著增加;纤维表面的结晶结构未发生显著改变,纤维的本体强度未降低;相对应的环氧树脂基复合材料的单丝拔出强度提高了约50%。     

不同截面炭纤维表面特性及其对复合材料界面粘接性能的影响

使用SEM、AFM、比表面积与孔体积测试分析仪(BET)和XPS对国产腰形截面炭纤维、圆形截面高强炭纤维和国外圆形截面T300炭纤维表面特性进行物理与化学表征与分析,并对炭纤维/环氧复合材料界面粘接性能进行了研究。表面形貌分析表明,腰形截面炭纤维比表面积大于圆形截面炭纤维,但其表面沟槽较圆形截面炭纤维浅。XPS分析表明,腰形截面炭纤维的表面活性略高于国产圆形截面炭纤维,但明显低于T300;界面剪切强度与层间剪切强度测试结果表明,腰形截面炭纤维/环氧复合材料的界面剪切强度和层间剪切强度均接近于T300/环氧复合材料,高于国产圆形截面炭纤维/环氧复合材料。     

PBO纤维表面分析与表面偶联剂处理

通过热重分析及红外光谱分析技术对PBO纤维表面涂层及含量进行了研究分析。通过单丝拔出实验研究了偶联剂浓度与单丝拔出强度的关系。结果表明，纤维表面涂层是由几种有机物组成的混合物；用偶联剂表面处理后，纤维单丝拔出强度得到了提高，其中用KH560处理后的强度要比经KH550，KH570，KH590处理的强度高，提高率最高可达59％。     

二维炭/炭复合材料中纤维-树脂体系的研究

对三种炭纤维和三种酚醛树脂进行了六各二维层合炭／炭复合材料研制，测试了层同剪切强度和拉伸强度，ＴＣＦ／ＦＥ体系，ＲＣＦ／ＲＰＨ体系所制备的二维Ｃ／Ｃ具有较高的层间剪切强度和拉伸强度，层间强度在１６ＭＰＡ以上，结果表明，二维炭／炭中纤维－树脂体系存在一个最佳配合问题；纤维不约而同的官能团比表面度在界面连接上起重要的作用，树脂的选择还要结合其结构表进行。     

丁羟推进剂组分间界面酸碱作用研究

借助Drago R S方程,采用反相气相色谱法(IGC)表征了丁羟四组元(AP/RDX/Al/HTPB)推进剂主要组分的表面酸碱性参数,计算出了主要组分间的界面酸碱作用焓ΔH_(AB).结果表明,BA键合剂与AP、RDX的界面作用焓显著大于HTPB聚氨酯基体与AP、RDX的界面作用焓,也显著大于BA键合剂与HTPB聚氨酯基体的作用焓,据此可预估BA键合剂可优先吸附在固体填料表面.因此,BA键合剂能大大提高推进剂基体/填料的界面粘接强度.     

复合材料界面强度微脱粘测定技术的研究

研究了测定复合材料中纤维与基体间界面剪切强度的微脱粘方法及仪器，该仪器可直接对取自实际复合材料的微小样品进行单纤维原位测量，不必专门制备样品，并且精密度高，成功地表征了碳纤维增强复合材料界面性能，它对于复合材料两相间界面粘结状况、界面设计的研究是一种十分有效的手段。     

炭纤维网胎表面改性

为改善炭纤维网胎的针刺性能,采用二甲基硅油、咪唑啉、水溶性二甲基硅油等表面剂处理炭纤维网胎,按照相同针刺工艺制备试验件.扫描电镜结果表明,二甲基硅油处理后网胎纤维相互粘连,水溶性二甲基硅油处理后的网胎呈疏松状态,纤维表面光滑.3种表面剂处理的针刺试样Z向剥离强度,咪唑林达到0.144 MPa,其余两种达到0.128 MPa.相对于咪唑啉和二甲基硅油,水溶性二甲基硅油可与水以任意比例互溶,且成本低,为理想的炭纤维网胎表面处理剂.