碳纤维单丝带对酚醛树脂基复合材料力学性能的增强作用.pdf

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1、复合材料学提。殳幺匆函。礁毛岛嘶口。必础彩a 妒舅徼i c 第2 3 卷第1 期2 月2 0 0 6 年V 0 1 Z 3N o 1F e b r u a r y2 0 0 6文童编号：1 0 0 03 8 5 1(2 0 0 6 f 0 10 0 5 卜0 5碳纤维单丝带对酚醛树脂基复合材料力学性能的增强作用李劲，李伟，范群，陈振华(韵南大学材料科学与工程学院，长沙4 1 0 0 8 2)摘要：蒋连续碳纤维束用空气梳分散成单丝状的长带，经6 0 硝酸进行表面氧化处理后用作酚醛树脂复合材料的增强材料。用红外光谱，扫描电镜等表征复台材料的微观结构，通过力学性能测定发现，与连续的碳纤维束增强相比，

2、单丝带增强复台材料的弯曲强度提高了1 倍，层问剪切强度(I I。S S)提高了2 倍，但冲击强度有所降低。结果表明，碳纤维经过表面氧化和丝束分散的处理后，能有效地提高其与复合材料中树脂基体的结合性能。关键词：空气梳；单丝带；碳纤维酚醛树脂；复合材料中图分类号：T B 3 3 2文献标识码：AR e i n f o r c i n ge f f e c to fs e p a r a t e dc a r b o nf i b e rt a p eo nm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fp h e n o l i cr e s i nc o m p

3、 o s i t e sL IJ i n L IW e i F A NQ u n，C H E NZ h e n h u a(,C o l l e g eo fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g，H u n a nU n i v e r s i t y，C h a n g s h a4 1 0 0 8 2，C h i n a)A b s t r a c t T h ec o n t i n u o u sc a r b o nf i b e rb u n d l eW a Ss e p a r a t e dt。s i

4、 n g l ef i b e rt a p e sb yt h ea i rc o m b tu s e da st h er e i nf o r c e dm a t e r i a l si nt h ec a r b o nf i b e r p h e n o l i cr e s i nc o m p o s i t e so f t e rb e i n gt r e a t e db y6 0 n i t r i ca d d+l h em i c r o s t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ec o m

5、p o s i t e sw e r ci n v e s t i g a t e db ys c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e，R a m a ns p e c t r o s c o p y，e t c T h er e s u l t 5o ft h em e c h a n i c a lt e s ti n d i c a t et h a tt h ec o m p o s i t er e i n f o r c e db yt h ec o n t i n u o u ss e p a r a t e dc a r

6、b o nf i b e rt a p eh a sd o u b l e di t sf l e x u r a ls t r e n g t ha n dt r i p l e di t si n t e r l a m i n a rs h e q rs t r e n g t hb u tl o s i n gs o m ei m p a c ts t r e n g t hc o m p a r e dt ot h ec o m p o s i t e sr e i n f o r e e db yt h ec o n t i n u o u sc a r b o nf i b e

7、rb u n d l e K e y w o r d s：a i rc o m b；s e p a r a t e dc a r b o nf i b e rt a p e；c a r b o nf i b e r p h e n o l i cr e s i n lc o m p o s i t e s碳纤维具有超高的强度、模量和耐腐蚀性等优良性能，以它作为增强材料的树脂基复合材料已广泛用于航空、航天、体育器械等领域o 。碳纤维增强的树脂基复合材料可分为短纤维增强、连续纤维增强和三维编织纤维增强。连续纤维增强复合材料比短切纤维增强具有更高的强度和韧性，可应用于环境较为苛刻、承载能力要求较高的

8、场合，而且其生产工艺比编织纤维增强周期短、效率高，可重复或二次成型。近年来，连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的研究受到人们广泛的重视，美国F A _1 8 战斗机外翼蒙皮、F 1 1 7 A 尾翼均采用了G F P E E K，c F P E E K 等连续纤维增强高性能热塑性复合材料I“3。在纤维基体复合材料中，由于应力是通过界面在基体和纤维间传递的，界面粘结性能的强弱将直接影响到复合材料的宏观力学行为，纤维复合材料的性能主要取决于基体材料的性质和纤维与基体材料的粘结程度“。对纤维复合材料的界面进行优化设计如纤维的表面改性、选择适当的树脂，或者引入界面调节剂，能有效地改进纤维与树脂界面粘结、

9、形成有利于应力松弛的界面层，制备综合性能优异的复合材料”“。本文作者以碳纤维酚醛复合材料为模板材料，通过空气梳对连续的碳纤维丝束进行分丝处理，改进r 复合材料中碳纤维与基体的界面分布，提高r复台材料的性能，同时讨论了碳纤维与基体粘接界面的微观结构对材料宏观性能的影响，为进一步研究和开发连续碳纤维增强热塑性复合材料工艺提出收稿日期：2 0 0 5 一0 2 2 5；收修改稿日期：2 0 0 5 0 5 0 1基金项目：湖南大学科学基金(5 3 i 1 0 3 0 1 7 8 2)通讯作者：陈振华，教授+研究方向为艟料科学与工程 会员证号：E O I5 1 8 0 0 4 6 SEm a i l：

10、c h e n z h e n h u a 4 5 h n t m a i l，C O n l 万方数据复舍材科学报了新思路。1实验1 1 实验原料碳纤维：上海碳素厂1 2 K 高强碳纤维；低压钡酚醛树脂：上海华东理工大学研制。1，2 碳纤维丝束分散图1 为本文作者设计的空气梳，它是通过高压空气的作用将碳纤维束自然分开，最大限度地减少碳纤维丝束的机械损伤同时将碳纤维束分散成单丝带状。空气压力对分丝效果的影响很大，实验以5k g c m。气压分丝的效果最好，分丝后的丝带中单丝分布均匀、断丝少。分丝过程中碳纤维以恒定的速率通过空气梳，以保证分丝效果的均一性。图1空气械分散碳纤维丝柬币葸圈F i g

11、1I 1 u s t r a t i o no ft h em e c h a n i s mo f a i rc o m b1 3 碳纤维预浸料的制备将碳纤维用1：1 的丙酮溶液回流1 5h(体积比)，除去碳纤维表面的环氧树脂，于8 0。C 烘干除去溶剂，用6 0 浓硝酸浸泡1h，进行表面氧化处理，经蒸馏水洗涤干燥后，通过图1 中空气梳将丝束梳分散成宽度为1 2 0T T I T，I 左右的单丝带。将丝带按需要的长度切下在5(r n a s s v o l u m e)的酚醛树脂乙醇溶液中浸渍3m i n，于2 5 自然凉干成碳纤维单丝带预浸料备用。碳纤维束被分散成单丝带后容易被外界因素如气

12、流、机械力等破坏，需将单丝带浸渍涂层固定。如果浸渍树脂溶液浓度过高，纤维表面涂层的树脂太厚，会使纤维失去柔韧性，在如图2 所示的成型过程中容易发生断裂；浸渍溶液浓度太低，纤维表面涂层的树脂太薄会在纤维表面留下涂层缺陷，分散的单丝不能同定成型不利于后面的工序。实验发现以5 的酚醛树脂溶液浸渍单丝带能使分散的单丝带固定成薄绢状，保持足够的柔韧性以利于试样的制备。l-4 碳纤维酚醛复合材料试样的制备试样的制备如图2 所示，将不同长度的单丝带浸渍料折叠成i 0 0m m 长，相邻两层单丝带之间均匀地涂以用乙醇调成的酚醛树脂浆，每种试样中单丝带和掺加的树脂重量之和是相同的。折叠后将树脂夹层的单丝带卷成c

13、 8m m 1 0 0l n l T l 的圆柱形自然凉干，由于单丝带经过树脂的浸渍处理后，在涂层的过程中能自然地保持平直，卷成园柱体时夹层的树脂T 度要适中以保持丝带中单丝的形状不变。在5M P a、15 0 条件下对预制什热压 0r a i n 成型，制备成为1 5m m 1 0t i l T H 1 2 0I n m 的碳纤维单丝带增强复合材料样条。将不同长度的碳纤维束以每段1 0 0n l m 折叠放入模具中加满树脂，在】5 0、5M P a 条件下热压1 0m i n 压成1 5m m 1 0m n l 1 2 0m I n 的连续碳纤维束增强的复合材料样条，用作对比实验。1 s 性

14、能测试红外光谱分析采用北京第二光学仪器厂W Q F 一4 1 0F T l R 红外光谱仪。拉曼光潜分析采用法国L a b r a m0 1 0 激光拉曼光谱仪。对复合材料试样的弯血强度、剪切强度和冲击强度进行了测量，弯曲实验在D W 一1 型电子万能材料实验机上进行，弯曲强度测试参照G B1 0 4 2 7 0 标准；层间剪切强度测定参照A S T MD 一2 3 4 4 标准。冲击实验在u T l o 4 0 简支梁摆式实验机上进行，冲击强度测定参照G B l 0 4 37 0 标准，试样有缺口，跨度为5 0n l T I I。i m m i n g l e d：,i 帅湘鬈一P r e

15、s s 钞一R o l l 拶图2 连续碳纤维甲世带增强酚醛树脂基复合材料预制件制备F i g 2P r e p a r a t i o no ft h ep r e f o r mo ft h ec o m p o s t l e sr e i n f o r c e db yc o n t i n u o u ss e p a r a t e dc a r b o nf i b e rt a p e 万方数据李劲，等：碳纤维单挫带对酚醛树脂基复合材料力学性能的增强作用每组实验均重复5 次，取平均值。2 结果与讨论2 1 碳纤维表面处理通过丙酮溶液的回流洗涤去除碳纤维表面的环氧树脂，以利于碳

16、纤维丝束的分散和表面的氧化处理。用6 0 硝酸处理碳纤维能在纤维表面引起选择性氧化，从而使大的石墨层断裂，降低石墨微晶尺寸。碳纤维表面的微晶尺寸减小，则晶棱数增加，使碳纤维表面的粗糙度增加，能增加碳纤维和树脂的结合力。碳纤维的拉曼光谱在1 3 5 5c m1 处附近的D 峰为无定形碳的品格振动产生的，是多晶乱层石墨结构的特征峰；在1 5 7 5c m“处附近的G 峰为石墨单晶的平面振动产生的。1)峰和G 峰的强度比值RJ。f，。与微晶尺寸呈线性关系，R 值越大晶体尺寸越小，则位错晶棱和窄隙数量，以及与树脂粘结的品棱将增加”。实验中发现没有经过硝酸处理的碳纤维的拉曼光谱的R 为2 0 1，而经过

17、6 0 的硝酸处理6 0m i n 的碳纤维的拉曼光谱的R 增加到2 1 5。图3 足碳纤维的红外光谱图，从中可以看到经过硝酸处理的碳纤维表面出现新的官能团吸收峰。由此可见硝酸对纤维表面进行表面氧化处理后，碳纤维表面的粗糙度、含氧官能团数量增加，有利于提高复合材料中界面粘结强度，增强材料的力学性能。图3 碳纤维的红外光谱F i g3F T I Rs p e c t r ao fd i f f e r e n tc a r b o nf i b e r2 2 连续碳纤维对复合材料力学|!生能的增强目前，连续碳纤维增强的复合材料的制备都是将碳纤维束直接与基体树脂进行复合“”o。这种工艺虽然能保证碳

18、纤维的整体强度，但是由于增强纤维与基体树脂形成的界面有限，碳纤维束中相当多的纤维不能与基体直接接触，从而大大地限制了纤维的增强作用。将碳纤维束分散成单丝后能大幅度提高增强材料与基体材料问的接触面，充分发挥每根碳纤维单丝的增强作用，有利于提高增强纤维图4 碳纤维酚醛复合材料的力学性能与增强材料长度的关系F i g 4T h ee f f e c t o ft h el e n g t ho fr e i n f o r c e dc a r b o nf i b e ro nt h ef l e x u r a ls t r e n g t h，i m p a c ts t r e n g t

19、ha n di n t e r a m i n a rs h e a rs t r e n g t h(I f，S S)o ft h ec a r b o nf i h e r p h e n o l i cr e s i nc o m p o s i t e s蛊=，S1If目j=岳口gi口目H 万方数据复合材料学攉对复合材料增强的效率。碳纤维束宽度大约为6r r t r n，分丝后单丝带的宽度为1 2 0 0m m，可以近似地认为分丝之后碳纤维与树脂基体的接触面增加r近2 0 0 倍；此外碳纤维束是包埋在树脂中起增强作用的，纤维在基体中分布不均；而单丝带通过折叠、卷绕与树脂的夹杂成型，纤维

20、在树脂中的分布相对更为均匀、合理，因而能更好地发挥其增强作用。实验表明，连续的碳纤维单丝带与碳纤维束相比较，对酚醛树脂基复台材料能产生更好的增强作用，复合材料的弯曲强度、层问剪切强度以及冲击强度都随着增强丝带长度的增加而增加。如图4(a)所示，曲线A 是增强材料连续碳纤维学丝带长度与复合材料弯曲强度的变化关系，曲线B 足与曲线A 中连续的碳纤维单丝带相当的碳纤维束增强材料的弯曲强度变化情况。从图4(a)可以看到，连续碳纤维单丝带增强的材料的弯曲强度比连续碳纤维束增强的材料的弯 【强度高，当单丝带的长度为l2 0c r l l 时复合材料的弯曲强度达到最大大约为碳纤维求增强的1 1 倍。材料的层

21、削剪切强度与增强纤维的长度关系如图4(b)所示，曲线A为碳纤维单丝带增强的材料，曲线B 为碳纤维束增强的材料。从图4(b)可以看到，当碳纤维单丝带1 2 0c m 长叫，复合材料的层问剪切强度增大为碳纤维丝束增强的2 倍。由此可见，通过对碳纤维束进行分丝处理能有效地提高复合材料的弯曲强度和层间剪切强度，但足材料的冲击强度有所降低，如图4(c)所示。增强纤维的长度超过1 2 0c n l 时材料的弯曲强度和层问剪切强度会降低，这町能是与材料的成型条什有关，确切原因还要作进一步研究。2 3 材料冲击断口形貌分析对材料冲山断口进行扫描电镜观察，照片如图5 所示。从阔5(a 1)可以看到，以碳纤维单丝

22、带为增强材料的复合材料的断u 上纤维表面粘附有大量捌脂。而以碳纤维束增强的材料断口上纤维表面光滑、粘附的树脂非常少，如图5(a 2)所示。可见碳纤维单矩带在复合材料巾与基体问的界面结合比a)T h ec a r b o nf i b e r0 nt h es u r f a c eo ft h ef r a c t u r e dc o m p o s i t e sr e i n f o r c e db y(a 1)s e p a r a t e dc a r b o nf i b e rt a p e，(a 2)c a r b o nf i b e rb u n d l efb)i h

23、ef r a c t u r e ds u r f a c c so fr h cc o m p o s i t e sr e i n f o r c e db y(b 1)s e p a r a t e dc a r b o nf i b e rt a p e，(b 2)c a r b o nf i b e rb u n d l e图5 碳纤维酚醛复台材料冲击断裂断口S E M 观察F i g5S E Mp h o t o g r a p h so ft h ei m p a c tf r a c t u r eo fc a r b o nf i b e r p h e n o l i cr

24、 e s i nc o m p o s i t e s 万方数据李劲等；碳纤维单丝带对酚醛树脂基复合材料力学性能的增强作用碳纤维束在复合材料中的界面结合要好。从图5(b 1)可以看到，碳纤维单丝带增强的材料中碳纤维在基体中分布均匀，断口上拔出的纤维比较少而且短。而碳纤维束增强的材料碳纤维以束状包埋在基体中，断口上拔出的纤维很长、很多而且断裂不均匀，劐1 图5(b 2)所示。因此推测，碳纤维单丝带增强的材料在冲击断裂过程中纤维发生均一性的断裂；而碳纤维束增强的材料在冲击断裂过程中纤维断裂小均一，而且大量纤维束被拔出从而对冲击力起到有效的缓释作用，所以碳纤维束增强的材料的冲山强度要高。但是碳纤维单

25、筵带在基体树脂中界面结合性好所以其增强的复合材料的弯曲强度和层间剪切强度高。3 结论(1)本文作者设计的空气梳能将连续的碳纤维束分散成单丝状的丝带，用作酚醛树脂复合材料的增强材料，为连续碳纤维增强热塑性树脂基复合材料工艺的发展提供了新思路。(2)碳纤维单丝带作为增强材料在基体材料中能增大材料界面结合力，其弯曲强度和层问剪切强度比碳纤维束增强材料有大幅度提高，但冲击强度有所降低。(3)碳纤维的表面氧化处理能有效地改进纤维表面的微晶结构、改善纤维与基体树脂的结合性能。参考文献 1 贺福工茂章碳纤维盟其复合材料E M 北京：科学出版社19 97 12 1 2 周教谅，钱春香，王继刚，等连续纤维增强热

26、塑性树脂基复合材料拉挤工艺研究与应用现状LJJ 高科技纤维与应用，2 0 0 1，2 9(1)-4 14 5，Z h o uX1，Q i a nCX W a n gJG，a 1 T h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fp u h r u s i o nf o rc o n t i n u o u sf i b e rr e i n f o r c e dt h e r。m o p a s t i ec o m p o s i t e sLJ 上H iT e c hF i b e r A p p l i c a t i o n，2 0 0

27、 1，2 9(1)-d 14 5 3 孙明，陈平刘扬，等连续纤维增强聚芳醚砜酮复合材料的|生能r J 纤维复合材料，2 0 0 4，2 1(1)；2 6S u nM C h e nP，I i uY，F za lP r o p e r t i e so fc o n t i n u o u sf i b e rr e i n f o r c e dP P E S Kc o m p o s i t e s J F i b e r C o m p o s i t e s，2 0 0 4，2 1f 1)：26r 4 l 贾玲，周丽绘，薛忐民等碳纤维表面等离子接枝厦对碳纤维P A A 复台材料I L S

28、 S 的影u 自_ J j 复台材料学报，2 0 0 4，2 1(4)：4 34 9J i aL，Z h o uLH X n eZM，e ta 1 S u r f a c eo fc a r b o nf i b e rg r a f t e db yp l a s m at e c h n o l o g ya n di t si n f l u e n c eo nt h eC I P A Ac o m p o s i t e J A c t aM a t e r i a eC o m p o s i t a eS i n i c a，2 0 0 4，2 i(4)：4 54 9 I s 薛

29、宁娟李飞，赫忐彪等表面处理耐碳酚醛材料层间性能影响的研究 J 纤维复合材料，2 0 0 3，3(1 2)：1 21dX u e NJ，L iF，H a oZB e ta 1 E f f e c to fc a r b o nc l o t hs u r f a c et r e a t m e n to nt h ep r o p e r t i e so fc a r b o n p h c n o【I cc o m p o s i t e s口 F i b e r f h m,p o s i t e a，2 0 0 3，3(12)：1214：6 张复盛胡卢广碳纤维表面的电聚合战什研究口 复

30、合材料学报，1 9 9 7 1 4(2)：i 2i 6Z h a n gF S H uLGS t u d yo fc a r b o nf i b e rs u r f a c em o d i f i c a t i o n1 1 ye l e 眦m p 0 1 y n l z 札l n n 1 Ae t aM a t e r i a e(T r)m p o s i t a eS i n ic d，1 9 9 7，i 4(2)1 21 6 17 C h o i MH，J e o nB H，C h u n g IJT h ee f f e c to fc o u p l i n ga g e

31、n to ne l e c t r i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fc a r b o nf i b e r p b e n o l i cr e s i nc o m p o s i t e s 口 P o l y m e r，2 0 0 0 4 1(g)3 2 4 33 2 5 2 8 Y u m i t o r iS，N a k a n i s h iY E f f e c to fa n o d i co x i d a t i o no fc o a lt a rp i t c h-b a s e dc a r

32、 b o nf i b e ro f ta d h e s i o ni ne p o x ym a t r i x(P a r t1)：C o m p a r i s o nb e t w e e nH!S 0 4a n dN u O Hs o l u t i o n s J：C o r n p o s i t e sP a r tA，1 9 9 6，2 7(1 1)：1 0 5 11 0 5 8E 9 T h o m a s o nJLT h ei n t e r f a c er e g i o ni ng l a s sf i b r er e i n f o r c e de x p

33、 o x yr e s i nc o m p o s i t e s：C h a r a c t e r i z a t i o no ff i b r es u r f a c ec o a t i n g sa n dt b ei n t e r p h a s e J C o m p o s i t e s 1 9 9 5，2 6(7)：4 3 74 9 8 1 0 张福勤，黄房忠黄伯云，等c c 复合材料结拘显微激光拉曼光谱研究k J J 复台材料学报，2 0 0 3，2 0(3)：1 131 17，Z h a n gFQ，H u a n gQZ，H u a n gBY e la lL

34、 a s e rR o m a nm l s l】e c t c o f ys t u d y L c r o s t r u c t u r co fC Cc o m p o s i t e s J A c t aM a t e r i a eC o m p o s i t a eS i n i c a，2 0 0 3，2 0(3)：1 1 31 1 7 1 1 H a r m e s sT，H u s m a n G，K o e n i gJ。P f a l T h ec h a r a c t e r i z a t i o no fl o wc o s tf i b e rr e i

35、n f o r c e dt h e r m o p l a s t i cc o m p o s i t e sp r o d u c e db yD R I F T”p r o c e s sL J C o m p o s i t e sP a r tA，2 0 0 1，3 2(8)：1 1 3 31 16 0 12 M a y e rC，W a n gX tN e i t z e lMM a c r o a n dm i c r o-i m p r e g n a t i o np h e n o m e n ai nc o n t i n u o u sm a n u f a c t

36、u r i n go ff a b r i cr e i n f o r c e dt h e r m o p l a s t i cc o m p o s i t e s J C o m p o s i t e sP a r tA，1 9 9 8。2 9f7)：7 8 37 9 3 万方数据碳纤维单丝带对酚醛树脂基复合材料力学性能的增强作用碳纤维单丝带对酚醛树脂基复合材料力学性能的增强作用作者：李劲，李伟，范群，陈振华，LI Jin，LI Wei，FAN Qun，CHEN Zhenhua作者单位：湖南大学,材料科学与工程学院,长沙,410082刊名：复合材料学报英文刊名：ACTA MATER

37、IAE COMPOSITAE SINICA年，卷(期)：2006，23(1)被引用次数：9次 参考文献(12条)参考文献(12条)1.贺福.王茂章 碳纤维及其复合材料 19972.周效谅.钱春香.王继刚 连续纤维增强热塑性树脂基复合材料拉挤工艺研究与应用现状期刊论文-高科技纤维与应用 2004(01)3.孙明.陈平.刘扬 连续纤维增强聚芳醚砜酮复合材料的性能期刊论文-纤维复合材料 2004(01)4.贾玲.周丽绘.薛志民 碳纤维表面等离子接枝及对碳纤维/PAA复合材料ILSS的影响期刊论文-复合材料学报2004(04)5.薛宁娟.李飞.赫志彪 表面处理对碳/酚醛材料层间性能影响的研究期刊论文-

38、纤维复合材料 2003(12)6.张复盛.胡卢广 碳纤维表面的电聚合改性研究 1997(02)7.Choi M H.Jeon B H.Chung I J The effect of coupling agent on electrical and mechanical propertiesof carbon fiber/phenolic resin composites 2000(09)8.Yumitori S.Nakanishi Y Effect of anodic oxidation of coal tar pitch-based carbon fiber on adhesionin ep

39、oxy matrix(Part 1):Comparison between H2 SO4 and NaOH solutions 1996(11)9.Thomason J L The interface region in glass fibre-reinforced expoxy resincomposites.:Characterization of fibre surface coatings and the interphase 1995(07)10.张福勤.黄启忠.黄伯云 C/C复合材料结构显微激光拉曼光谱研究期刊论文-复合材料学报 2003(03)11.Hartness T.Husm

40、an G.Koenig J The characterization of low cost fiber reinforced thermoplasticcomposites produced by DRIFTTM process 2001(08)12.Mayer C.Wang X.Neitzel M Macro-and micro-impregnation phenomena in continuous manufacturing offabric reinforced thermoplastic composites 1998(07)相似文献(2条)相似文献(2条)1.期刊论文 黄凯兵.范

41、群.李劲.陈振华.朱肖楠.HUANG Kaibing.FAN Qun.LI Jin.CHEN Zhenhua.ZHU Xiaonan 苯酚电聚合膜修饰炭纤维表面对环氧基复合材料性能的影响-复合材料学报2007,24(6)将连续炭纤维束用自制的空气梳分散成单丝状长带后,通过采用循环伏安法的电化学方法将单体苯酚在炭纤维表面聚合成膜,对炭纤维进行表面修饰,以提高复合材料中炭纤维与树脂基体的界面粘结性能.红外光谱分析表明,苯酚电聚合膜能够增加炭纤维表面的羟基、醚键等活性官能团,从而提高炭纤维与环氧树脂基体的界面粘结强度.与未进行表面修饰的炭纤维增强环氧树脂复合材料相比,以聚苯酚膜修饰的炭纤维单丝带增强

42、的环氧树脂基复合材料横向拉伸强度最大提高了90%,纵向拉伸强度最大提高了45%,层间剪切强度最大提高了110%.实验也表明,将炭纤维束分散成炭纤维单丝带后能够更有效地增强复合材料的各项力学性能.2.学位论文 范群 电聚合处理碳纤维单丝带对树脂基复合材料界面性能的影响 2007 分别以苯酚、间苯二胺和丙烯酸为电解液，采用循环伏安法对PAN基碳纤维进行表面电聚合处理，用作复合材料的增强材料。实验研究了电聚合处理前后碳纤维结构、性能、形貌的变化以及碳纤维单丝带、电解液种类、电聚合时间对环氧树脂基、酚醛树脂基复合材料界面性能的影响，确定了不同树脂体系中对于提高复合材料界面性能的最佳电解液种类。分析了碳

43、纤维在苯酚、间苯二胺、丙烯酸三种电解液中的循环伏安曲线，研究了碳纤维的循环伏安特性；通过扫描电子显微镜（SEM）对碳纤维表面形貌的变化进行了观察；采用动态毛吸法测定了碳纤维与水、二碘甲烷的接触角，分析了电聚合处理前后碳纤维润湿性能的变化，并根据接触角计算求得碳纤维表面极性分量与非极性分量，研究了电聚合处理对碳纤维表面极性的影响；通过傅立叶变换红外光谱（FT-IR）对碳纤维表面新生官能团进行了定性分析；通过X射线衍射（XRD）对处理前后碳纤维的本体结构以及层面间距的变化进行了分析；通过复丝拉伸实验研究了电聚合处理对碳纤维拉伸强度的影响。结果表明，碳纤维表面有新的电聚合产物生成，表面极性提高，电聚

44、合处理并没有改变碳纤维的本体结构只是层面间距有所降低，同时，电聚合处理还提高了碳纤维的复丝拉伸强度。利用自制空气梳对增强碳纤维进行开纤处理，制备了碳纤维单丝带，实验研究了碳纤维单丝带对复合材料界面性能的影响。结果表明，碳纤维单丝带提高了复合材料的横向拉伸强度和层间剪切强度，提高幅度分别为100和8以上，但复合材料的纵向拉伸强度有所降低；与碳纤维束增强的复合材料相比，碳纤维单丝带增强的复合材料的横向拉伸强度数据的分散程度大大降低，这是碳纤维单丝带增强复合材料的一个突出优点。以电聚合处理碳纤维单丝带作为增强材料，研究了电解液种类和电聚合时间对环氧树脂基、酚醛树脂基复合材料界面性能的影响。结果表明，

45、苯酚、间苯二胺、丙烯酸三种电解液电聚合处理碳纤维环氧基复合材料的横向拉伸强度比未处理碳纤维复合材料的横向拉伸强度分别提高了43、34和52，纵向拉伸强度分别提高了52、64和50，层间剪切强度分别提高了120、109和135；电聚合处理碳纤维酚醛基复合材料的横向拉伸强度比未处理碳纤维复合材料的横向拉伸强度分别提高了147、121和109，层间剪切强度分别提高了37、20和23。丙烯酸电解液对于提高环氧树脂基复合材料的界面性能效果显著，而苯酚电解液对于提高酚醛树脂基复合材料的界面性能效果显著。采用电聚合的方法对增强纤维进行表面处理，这种方法一方面提高了碳纤维的拉伸强度，另一方面提高了碳纤维表面极

46、性，改善了碳纤维的润湿性能，增加了碳纤维与树脂基体间的化学键合作用，实现了对碳纤维强化和表面改性的双重效果，从而改善了碳纤维与树脂基体间的界面性能，提高了复合材料的横向拉伸强度、纵向拉伸强度和层间剪切强度等力学性能。引证文献(9条)引证文献(9条)1.李娟莹.黄剑锋.郑斌.曹丽云 C_f/PMMA-PMA复合材料疲劳行为及生物活性期刊论文-复合材料学报 2010(2)2.王媛.林有希.叶绍炎.高诚辉 纤维增强树脂基摩阻材料研究进展期刊论文-工程塑料应用 2008(11)3.周玉敬 废旧线路板粉料/玻璃纤维增强复合材料研制期刊论文-化工新型材料 2008(12)4.宋艳江.高鑫.朱鹏.王晓东.黄

47、培 表面处理碳纤维增强聚酰亚胺复合材料力学性能期刊论文-复合材料学报2008(5)5.周玉敬.张宗科.吴国清.黄正 废旧线路板粉料增强不饱和聚酯复合材料力学性能期刊论文-复合材料学报2008(4)6.郑亮.廖功雄.顾铁生.曲敏杰.蹇锡高 连续炭纤维增强杂萘联苯聚醚砜酮共混树脂基复合材料力学性能期刊论文-复合材料学报 2008(3)7.郑斌.曹丽云.黄剑锋.吴建鹏 碳纤维增强PMMA-PMA基复合材料的制备期刊论文-稀有金属材料与工程 2008(z1)8.黄凯兵.范群.李劲.陈振华.朱肖楠 苯酚电聚合膜修饰炭纤维表面对环氧基复合材料性能的影响期刊论文-复合材料学报 2007(6)9.费海燕.朱鹏.宋艳江.谷和平.王晓东.黄培 石墨和炭纤维分别改性热塑性聚酰亚胺复合材料的导热行为期刊论文-复合材料学报 2007(5)本文链接：http:/