液态氧化法处理超高分子量聚乙烯纤维

用液态氧化法对超高分子量聚乙烯纤维进行了表面处理，研究了处理介质、处理时间对超高分子量聚乙烯／ 环氧复合材料层间剪切强度的影响，用扫描电子显微镜、ＸＰＳ表面元素分析、毛细浸润法测接触角等方法探讨了纤维表面性能处理前后的变化，以及纤维与树脂的界面结合情况。

等离子接枝处理超高分子量聚乙烯纤维

利用等离子接枝法对超高分子量聚乙烯纤维进行表面处理 ,在纤维表面产生活性官能团 ,并用紫外分析、红外分析探讨了纤维表面官能团的产生及变化。通过测定纤维复合材料层间剪切强度验证结构与性能的关系。

循环湿热环境下碳纤维复合材料的界面性能

针对CCF300/5428复合材料在循环湿热环境下的吸湿-脱湿行为和层间剪切性能进行了研究,并结合扫描电镜观察了循环湿热处理的不同阶段纤维/基体界面结合状态.研究结果表明:经过反复吸湿后,水分的初始扩散速率和饱和吸湿率增加;脱湿后水对复合材料层间剪切性能的影响大部分可以消除;复合材料吸湿后室温环境下性能下降较少,但在高温高湿环境下,复合材料的性能会显著降低.

Z-pin增强陶瓷基复合材料拉伸和层间剪切性能

研究了Z-pin横向增强平纹编织陶瓷基复合材料的拉伸和层间剪切性能。炭纤维平纹编织物和炭纤维Z-pin制备的预成型体,通过化学气相渗透(CVI)工艺制成Z-pin增强平纹编织陶瓷基复合材料。通过单轴拉伸试验及加-卸载试验研究材料拉伸力学性能参数及破坏规律。采用双切口压缩试验测试材料的层间剪切强度。结果表明,Z-pin增强平纹编织陶瓷基复合材料拉伸应力-应变曲线具有非线性特性;Z-pin嵌入降低了平纹编织陶瓷基复合材料的拉伸强度,显著提高了陶瓷基复合材料层间剪切强度,使原来单纯层间基体与织物表面的脱离转变为Z-pin的剪切破坏和层间基体与织物的脱离双重破坏机理。

PAN基高模碳纤维阳极氧化的表面处理

采用阳极氧化法对PAN基高模碳纤维进行连续表面处理,重点研究了氧化电流密度对碳纤维宏观力学性能、表面形貌、表面酸性官能团以及碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层间剪切强度(ILSS)的影响。结果表明,电流密度对纤维力学性能、表面形貌影响不大;氧化后纤维表面总的酸性官能团显著提高,最大增幅达13倍左右;适当的处理条件可使CFRP的ILSS从28.4 MPa提高到80 MPa以上。

纳米SiO2改性环氧树脂胶粘剂的研究

选择纳米 SiO_2 作为增强材料改性环氧树脂基体, 以物理分散法将纳米 SiO_2 分散在环氧树脂中。通过力学性能测试和热稳定性能测试, 研究了不同含量的纳米 SiO_2 对改性环氧树脂胶粘剂的热性能、拉伸性能和冲击性能的影响; 通过 NOL环测试和扫描电子显微镜(SEM) 分析, 研究了不同含量的纳米 SiO_2 对国产芳纶纤维/改性环氧复合材料的界面性能和层间剪切强度的影响。实验结果表明, 基体树脂中当 w( 纳米SiO_2)=3%时, 改性环氧树脂胶粘剂的拉伸强度和冲击强度分别提高了 28.8%和 22.6%, 复合材料的层间剪切强度(ILSS) 达到最大值, 比未改性胶粘剂提高约 56.8%。

丙烯酸在碳纤维表面的电聚合改性

为了提高碳纤维与树脂基体之间的粘结性能,采用循环伏安法,以丙烯酸为聚合单体对碳纤维进行了电聚合改性.利用傅里叶红外光谱仪和扫描电子显微镜研究了改性前后碳纤维表面的结构变化,并利用电脑伺服控制材料试验机对复合材料进行了力学性能测试.结果表明:当丙烯酸浓度为0.3 mol/L、循环次数为10次时,碳纤维的改性效果最佳;改性后的碳纤维在红外光谱的2 680 cm-1附近出现了—OH特征吸收峰;复合材料的层间剪切强度由10.50 MPa增加到了23.44 MPa,提高了123.21%;改性后碳纤维表面出现了圆片状丙烯酸聚合物层,且可与环氧树脂基体紧密结合.

等离子接枝处理的CF/PAA复合材料层间剪切强度及其形貌研究

采用等离子技术对碳纤雏(CF)进行接枝芳基乙炔(PAA)处理,研究了影响CF/PAA复合材料层间剪切强度(ILSS)的因素。结果表明,经等离子接枝PAA处理后。复合材料的ILSS有了很大提高。SEM显示经接枝处理后CF和PAA树脂之间的界面结合紧密,改善了复合材料的界面结合性能。

沥青炭基体C/C复合材料单向层间剪切性能及破坏机理

以沥青四氢呋喃溶液、沥青四氢呋喃溶液+20%焦炭粉(质量分数)和酚醛树脂四氢呋喃溶液+60%焦炭(质量分数)为预浸料预浸炭纤维,模压制成初坯体,然后再浸渍沥青 炭化,制备了3种单向纤维增强炭/炭(C/C)复合材料试样。对试样的密度、开孔率、层间剪切强度和显微结构进行了测试和观察,探讨了剪切破坏的机理。结果表明:C/C复合材料的层间剪切强度随密度的增大和孔隙度的降低而提高,高温处理虽可使致密度得到进一步增大,但层间剪切强度则由于基体炭的软化,以及基体炭与纤维(或焦炭粉颗粒)界面的变化而显著降低;由于微裂纹和孔洞的存在,剪切裂纹前沿应力集中被释放,可阻止裂纹继续扩展,载荷的继续增大导致新裂纹的生成并扩展,所以C/C复合材料的三点弯曲剪切破坏呈多裂纹复合剪切模式。

粘胶基碳布电化学氧化表面处理的研究

本文用电化学氧化方法对粘胶基碳布进行表面处理。采用电位滴定法分析测定了氧化处理前后碳纤维表面酸性官能团含量的变化，用水滴铺展方法分析了处理前后碳布润湿性能的变化情况，探讨了酸性官能团含量、织物强力与复合材料层间剪切强度的关系，找出了以H3PO4为电解质的最佳电化学氧化表面处理工艺。

阳极氧化通电电流对碳纤维层剪强度及界面亲和性的影响

利用阳极氧化表面处理装置,碳酸氢铵作为电解质,以恒定的处理时间,对直流电源的电流进行调节,研究电流对直径5μm的6KPAN基碳纤维层间剪切强度和拉伸强度的影响,并通过SEM对拉伸试样的断面进行观察和对比,研究电流对界面亲和性的影响。结果表明,通电电流增大,层间剪切强度增大;合理调节通电电流,有效提高环氧树脂和碳纤维粘结强度,纤维与树脂的界面结合紧密,使纤维复材的整体承载能力增强,复丝强度较好。根据研究,直径5μm的6KPAN基碳纤维通常最佳电流强度应控制在20~25mA/K。

树脂基体性能对纤维缠绕复合材料结构强度影响的研究

实验发现不同树脂基体配方对纤维缠绕复合材料压力容器的水压爆破强度有高达20～35%的影响。本文认为在容器前、后封头上观察到的分层现象是造成这种强度显著波动的主因,并用有限元分析进行了验证。计算结果表明层间剪切应力是引致分层的主要因素,进一步的实验发现基体的层间剪切强度(interlaminar shear strength,简称ILSS)与容器性能之间有很好的相关性。

电晕法处理超高相对分子质量聚乙烯纤维

用电晕法对超高相对分子质量聚乙烯纤维进行了表面处理。利用DPPH检测纤维表面自由基的产生和变化,并用XPS表面元素分析、SEM等方法探讨了纤维表面性能处理前后的变化。实验发现,通过电晕处理后,纤维复合材料的抗剪切强度从未处理的5.98MPa提高到14.3MPa。

F-12纤维/氰酸酯树脂基复合材料力学性能研究

采用预浸法缠绕工艺制备了F-12纤维/氰酸酯树脂基复合材料NOL环、层合板和Ф150 mm压力容器,研究了F-12纤维/氰酸酯复合材料的力学性能以及断口微观形貌。研究结果表明,F-12纤维/氰酸酯复合材料的层间剪切强度≤35 MPa,Ф150 mm压力容器特性系数PV/Wc值达到34.22 km,纤维强度转化率达到70.22%,断口破坏形式以F-12芳纶纤维撕裂和微纤化为主。

超声波-双氧水联合氧化处理连续碳纤维表面的研究

使用超声波联合双氧水的方法对连续碳纤维(CCF)进行不同时间的表面氧化处理,再以聚酰胺(PA)为基体,热压制备连续碳纤维增强聚酰胺树脂复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和X-射线衍射仪(XRD)对联合氧化后的连续碳纤维表面进行分析表征,利用万能实验机对复合材料进行力学性能测试,结果表明:不同时间的超声波-双氧水联合氧化处理都能增加连续碳纤维表面的粗糙程度和活性官能团数量,其中联合氧化20 min后表面刻蚀效果比较显著,羟基、羰基等含氧官能团质量分数比未处理时提高79%和82%;连续碳纤维增强聚酰胺树脂复合材料的层间剪切强度比未经表面联合氧化处理提高36.8%。综合各项表征结果,20 min联合氧化后的碳纤维综合性能最优。

干纤维自动铺放参数对复合材料剪切性能的影响

为了研究自动铺放过程中干纤维工艺参数对复合材料剪切性能的影响,分析了不同干纤维铺放工艺参数对层合板样件层间剪切性能的影响.结果表明:在给定参数范围内,丝束张力对剪切性能的影响最大;随着丝束张力的增大,纤维展平效果得到提升,剪切性能增强;而随着丝束张力的继续增加,纤维断裂几率增大,剪切性能降低.结合正交试验L9(3^(3))方法确定优选的铺放工艺参数为:丝束张力4 N,压紧力200 N,铺放速度100 mm/s,此时复合材料试件的剪切性能得到明显提升.

自电阻加热对碳纤维增强PEEK复合材料层间强度和结晶度的影响

针对热塑性复合材料自动铺放时高效加热需求,研究了采用碳纤维PEEK预浸丝束自电阻特性进行高效加热的方法。通过对自电阻加热对流和辐射散热数学关系分析,以及ABAQUS电热仿真模拟,获得了热塑性PEEK复合材料自电阻加热基本规律。利用设计的双压辊电极自电阻加热铺放试验装置,研究了PEEK复合材料的自电阻特性和自电阻加热铺放效果。研究结果表明,采用自电阻加热方式铺放成型的复合材料,其层间剪切强度随加热电功率的增大先增大后减小,当电参数为直流电压30V、电流3.3A左右时达到最大值35.6MPa;随铺放压辊压力的增大也是先增大后减小,当压辊压力为322N左右时达到最大值29.5MPa。另外,预浸丝束的结晶度随温度的升高而下降,压辊压力对结晶度的影响不明显。

羟基化多壁碳纳米管对氰酸酯树脂的复合改性研究

采用经表面修饰产生羟基碳纳米管(CNT-OH)与氰酸酯树脂(CE)发生化学键合作用,又经超声处理,克服纳米粒子"自聚"弊端,增强其与树脂相容性,制得CE树脂体系和CE/碳纤维增强复合材料(CFRP)(CE/CFRP),使CE树脂体系和CE/CFRP宏观性能大为强化增益。测定了不同CNT-OH用量对CE树脂体系导热性能和冲击韧性的影响,采用扫描电子显微镜对冲击断面进行观察。结果表明:当CNT-OH用量小于5.0%(wt,质量分数)时,CE树脂体系的导热系数随CNT-OH用量的增加而增高,当用量大于5.0%(wt,质量分数),导热系数增加趋势变缓。CNT-OH对CE树脂体系有一定的增韧作用,当用量为3.0%(wt,质量分数)时,CE的冲击韧性最高达到4.88J/m2,冲击断面呈韧性断裂。同时测定了CNT-OH用量为0%和3.0%的CE/CFRP层间剪切强度和压缩强度,结果表明添加3.0%CNT-OH的CE/CFRP层间剪切强度达到84.9MPa,压缩强度达到1041.0MPa,比未改性CE/CFRP分别提高了19.2%和15.7%。

阳极氧化工艺对纤维-铝合金层板力学性能的影响

通过改变铝合金表面阳极氧化工艺参数,研究了阳极氧化电压和时间对玻璃纤维-铝合金(GLARE)层板抗拉强度和层间剪切强度的影响。通过SEM观察了铝合金表面Al2O3多孔膜和层板断面形貌,分析了铝合金/树脂胶接界面对层板力学性能的影响。结果表明,阳极氧化电压为20V时,GLARE层板抗拉强度和层间剪切强度随着阳极氧化时间延长而增大,在20min时出现最大值,继续延长阳极氧化时间,层板强度随之下降;阳极氧化时间为20min时,GLARE层板抗拉强度和层间剪切强度随着阳极氧化电压增大而增大,在20V时出现最大值,继续增大电压,强度随之下降。

电化学处理程度对碳纤维结构及性能的影响

采用质量分数为5%NH4HCO3溶液对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维进行不同程度的电化学处理。采用X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)表征电化学处理前后碳纤维表面化学成分和表面微观结构的变化规律。将碳纤维样品与环氧树脂制成复合材料,探究该复合材料的层间剪切强度(ILSS)。研究结果表明:经过3组电化学处理后,碳纤维表面含氧官能团增多、表面有序度下降、复合材料的ILSS提高1.94倍;继续经过3组电化学处理,碳纤维表面含氧官能团下降、表面有序度回升、复合材料的ILSS提高1.53倍;纤维表面含氧官能团含量越多,纤维的结构破坏程度越低,碳纤维/环氧树脂复合材料的ILSS越高。在大规模电化学处理碳纤维过程中,选择3组电化学处理碳纤维,既能大幅度改善碳纤维表面活性,又不会严重影响碳纤维的表面结构。