对位芳纶表面改性及其复合材料性能研究

采用等离子体-表面涂覆复合改性工艺对对位芳纶进行表面改性处理,考察表面涂覆剂类型、等离子体处理功率等因素对对位芳纶与环氧树脂基体之间的界面剪切强度(IFSS)及层间剪切强度(ILSS)的影响,并对改性处理前后对位芳纶的表面组分和表面形貌进行表征。结果表明:等离子体-表面涂覆复合改性处理可显著提高对位芳纶与环氧树脂基体之间的界面结合能力;较优的复合改性工艺为在线等离子体处理功率250~300 W、经过质量分数5%MHR070环氧树脂丙酮溶液表面涂覆,改性处理后的对位芳纶与环氧树脂之间的IFSS最高达56.0 MPa、ILSS最高达55.8 MPa,相比未处理对位芳纶,IFSS提升29.6%,ILSS提升22.1%;改性处理后,对位芳纶表面的氧元素含量明显增加,且经ILSS测试后纤维表面出现原纤沿纤维方向剥离及表层原纤断裂现象。

碳纳米管膜层间改性碳纤维/环氧树脂复合材料

采用碳纳米管膜作为碳纤维/环氧树脂复合材料的层间改性材料,应用液态成型树脂传递模塑工艺制备了碳纳米管膜/碳纤维/环氧树脂混杂复合材料,利用Ⅰ型层间韧性与Ⅱ型层间韧性表达了其韧性相关性能,并分析了改性机理.碳纳米管膜在混杂复合材料层间仍然保持其原有连续网格结构形式,这种形式对张开型Ⅰ型层间断裂韧性没有明显的改性作用,但对于滑移型Ⅱ型层间断裂韧性具有显著的改性效果.碳纳米管膜/碳纤维/环氧树脂混杂复合材料的Ⅱ型层间断裂韧性从碳纤维/环氧树脂复合材料的1292 J/m2提高到了2869 J/m2,提高了120%.材料微观形貌分析表明,这种由碳纳米管相互交叠、缠结而形成的网络结构有效地阻碍了层间微裂纹的扩展.

原位增强羟基磷灰石/壳聚糖复合棒材

利用低温水溶液均相沉积法制备了磷酸钙盐微纤维;应用原位沉析法制备了壳聚糖（CS）三维棒材及羟基磷灰石（HA＊）/CS复合棒材。XRD证实应用原位沉析法制备HA＊/CS复合棒材过程中,磷酸钙盐转化为羟基磷灰石结构,尺寸为10~60μm,并用SEM对晶体形貌进行了表征,分析了转化机制。HA＊/CS复合材料的微观形貌表明,HA＊晶体在CS凝胶棒原位沉析的过程中析出而与CS基体形成镶嵌、相互咬合结构,且在基体中分散均匀,有效地提高了HA＊与CS基体的界面连接作用,使力学性能显著提高。所制备的HA＊/CS棒材随HA＊含量的增大（在其饱和溶解度3.3 wt%范围内）,复合材料的弯曲性能逐渐提高,当羟基磷灰石质量分数为3.3%时,复合材料的弯曲强度达到159.6 MPa,弯曲模量达到5.1 GPa,比CS基体分别提高85.6%和54.5%。HA＊/CS复合棒材的弯曲强度和弯曲模量远高于松质骨,弯曲强度也比密质骨高。

联苯聚芳醚酮-双马来酰亚胺复合树脂的分相行为和流变行为

离位复合增韧技术是本征脆性的热固性树脂基纤维复合材料提高韧性的有效解决方案,为了更好地结合离位增韧技术和树脂传递模塑(RTM)工艺制备高性能双马来酰亚胺(BMI)树脂基复合材料,本文面向新型热塑性联苯聚芳醚酮(PAEK-B),研究了PAEK-B在BMI树脂及碳纤维复合材料中的分相行为及PAEKB/BMI复合树脂的流变特性。结果表明,PAEK-B在BMI树脂的注射窗口温度保持一定时间后会发生分相行为,并在RTM工艺制备的碳纤维(CF)/PAEK-B/BMI复合材料中保持了分相结构。BMI树脂的注射温度会影响到PAEK-B在其中的溶解特性,注射温度升高会使BMI树脂的初始黏度变小,但PAEK-B/BMI复合树脂的黏度拐点时间会缩短;PAEK-B/BMI复合树脂符合Winter-Chambon准则,复合树脂的tanδ对频率没有依赖性,且复合树脂的凝胶活化能随着PAEK-B含量的增加逐渐增大。

酚酞聚芳醚酮-双马来酰亚胺体系流变行为时间-温度依赖性

采用流变仪对酚酞聚芳醚酮(PEKC)-双马来酰亚胺(BMI)树脂体系的流变特性的时间和温度依赖性进行了研究,发现:BMI树脂凝胶点对频率有依赖性,而tanδ对频率无依赖性;PEKC-BMI复合树脂体系的黏度增大主要是由于BMI对PEKC的溶解与BMI的热固化。相比较110℃和130℃两种条件,在较高温度时复合树脂体系的黏度增大主要是热固化的影响;随注胶温度提高,复合体系的凝胶时间随PEKC含量的增加而快速缩短,在较高注胶温度下凝胶模量增大较慢,在较低注胶温度下凝胶时模量随PEKC含量的增加而提高较快;随着复合树脂体系中PEKC含量的增加,该体系的凝胶活化能由4.9kJ/mol增大到65.9kJ/mol,表明该体系的凝胶化作用对温度的敏感性增大。

壳聚糖衍生物处理碳纳米管改性聚丙烯腈基碳纤维

自制了邻苯二甲酰化壳聚糖、萘甲酰化壳聚糖、羧甲基化壳聚糖等3种壳聚糖衍生物对多壁碳纳米管(MWNTs)进行表面处理,发现邻苯二甲酰化壳聚糖(PhthCS)能有效提高MWNTs在极性6～10范围溶剂中的分散性及稳定性,并考察了PhthCS的分子量及浓度对MWNTs的分散性及稳定性的影响;通过微观形貌和元素分析,发现MWNTs部分表面包覆了一层厚度约为5～10 nm的包覆膜.经凝胶纺丝工艺制备了PhthCS-MWNTs/聚丙烯腈复合原丝,经预氧化、炭化制备了复合碳纤维,SEM结果表明PhthCS-MWNTs在复合原丝和复合碳纤维中分散均匀,良好取向;PhthCS-MWNTs对复合原丝和复合碳纤维的力学性能具有明显的改善作用,当PhthCS-MWNTs含量为0.5%时,复合碳纤维的拉伸强度提高了19.8%;增加PhthCS-MWNTs用量对复合碳纤维的拉伸模量具有显著提高,当PhthCS-MWNTs含量为3%时,复合碳纤维的杨氏模量从6.24 GPa提高到了13.86 GPa,增大了122%.

含磷聚芳醚酮-双马来酰亚胺树脂(PAEK-P-BMI)及碳纤维/PAEK-P-BMI复合材料

为提高树脂传递模塑(RTM)复合材料的整体韧性,结合"离位"复合增韧技术和RTM制造技术,应用新型热塑性含磷聚芳醚酮(PAEK-P)对碳纤维/双马来酰亚胺树脂(CF/BMI)复合材料进行增韧改性,研究了PAEK-P-BMI复合树脂的流变性能、分相行为及PAEK-P对CF/BMI复合材料韧性的影响。结果表明,分子链的刚性结构使PAEK-P具有高的耐热性,玻璃化转变温度达到268.8℃,PAEK-P在BMI树脂中的溶解性较差,PAEK-P-BMI复合树脂凝胶时间和黏度急增拐点时间受PAEK-P含量的影响很小;PAEK-P-BMI复合树脂在110℃/300 min条件下未出现相分离,但在后期的高温固化过程形成了分相结构,并在CF/PAEK-PBMI复合材料中保持了分相形貌;与CF/BMI复合材料相比,CF/PAEK-P-BMI复合材料的冲击后损伤投影面积降低了69%,冲击后压缩强度提高了16.6%,冲击凹坑深度减小了34.4%。