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Interfacial Improvement of Carbon Fiber/Epoxy Composites by Incorporating Superior and Versatile Multiscale Gradient Modulus Intermediate Layer with Rigid-flexible Hierarchical Structure 被引量:3
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作者 Pei-Feng Feng Guo-Jun Song +6 位作者 Wen-Jian Zhang Hao Zheng Bo-Wen Li Shao-Feng Zhou Ya-Qing Liu Guang-Shun Wu Li-Chun Ma 《Chinese Journal of Polymer Science》 SCIE CAS CSCD 2021年第7期896-905,共10页
In order to enhance the interfacial adhesion of carbon fiber(CF)and polymer matrix,a multiscale gradient modulus intermediate layer with rigid-flexible(GO-PA)hierarchical structure was designed and fabricated between ... In order to enhance the interfacial adhesion of carbon fiber(CF)and polymer matrix,a multiscale gradient modulus intermediate layer with rigid-flexible(GO-PA)hierarchical structure was designed and fabricated between CFs and matrix by a facile and businesslike strategy.The polarity,roughness and wettability of CFs surface as well as the thickness of intermediate layer in composite have been significantly increased after rigid-flexible hierarchical structure was constructed.The IFSS,ILSS,compression and impact toughness manifested that the hierarchical structure could bring about a fantastic improvement(76.8%,46.4%,40.7%and 37.8%)for the interfacial and mechanical properties than other previous reports.Consequently,the establishment of CF surface with gradient modulus rigid-flexible hierarchical structure via regulation of nanoparticles and polymer array would open a new,viable and promising route to obtaining high-performance composites. 展开更多
关键词 carbon fibers Polymer-matrix composites interface Hierarchical structure Gradient modulus
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碳纤维/环氧树脂基复合材料增韧改性的研究进展 被引量:1
2
作者 郭荣辉 陈思魁 +1 位作者 孙自强 邢琪 《纺织科学与工程学报》 CAS 2024年第3期121-126,共6页
碳纤维/环氧树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)因其高强度、高刚性和低密度等优异性能,在航空航天、汽车、船舶和风能等领域得到了广泛应用。然而,环氧树脂基体的固有脆性限制了CFRP的广泛应用。因此,如何提高其韧... 碳纤维/环氧树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)因其高强度、高刚性和低密度等优异性能,在航空航天、汽车、船舶和风能等领域得到了广泛应用。然而,环氧树脂基体的固有脆性限制了CFRP的广泛应用。因此,如何提高其韧性成为研究的热点。综述了近年来碳纤维/环氧树脂基复合材料增韧改性的研究进展,重点介绍了树脂改性、界面改性及结构设计等方法,对未来研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 碳纤维 环氧树脂 树脂改性 界面改性 结构设计
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氯盐干湿循环作用下表面开槽CFRP-混凝土界面抗剪性能试验 被引量:1
3
作者 姜绍飞 郑臻弘 +2 位作者 宋华霖 王威 臧荣彬 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期14-23,共10页
为探究氯盐干湿循环作用下表面开槽CFRP-混凝土界面抗剪性能,开展干湿循环(0 d、60 d和120 d)不同沟槽形状(矩形、正梯形和倒梯形)的单搭接拉伸剪切试验,研究失效模式和断裂能的变化及影响最大剪应力的因素,结合试验结果推导了考虑干湿... 为探究氯盐干湿循环作用下表面开槽CFRP-混凝土界面抗剪性能,开展干湿循环(0 d、60 d和120 d)不同沟槽形状(矩形、正梯形和倒梯形)的单搭接拉伸剪切试验,研究失效模式和断裂能的变化及影响最大剪应力的因素,结合试验结果推导了考虑干湿循环的界面黏结滑移本构方程,并通过数值模拟验证其有效性。结果表明:随干湿循环进行,表面开槽法失效模式由CFRP断裂破坏转变为剥离破坏;120 d界面断裂能下降量较未开槽法减少60.04%~69.42%;正梯形组120 d最大剪应力相比其他表面开槽形状提升7.18%~9.48%。表面开槽法在氯盐干湿循环作用下具有较好的抗剪性能,建立的界面本构劣化方程适用于氯盐干湿循环作用下表面开槽CFRP-混凝土界面黏结性能的分析和模拟。 展开更多
关键词 混凝土结构 碳纤维布 表面开槽法 界面抗剪性能 氯盐干湿循环 单剪试验
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上浆剂含量对碳纤维性能的影响 被引量:1
4
作者 刘艳艳 邱伟峰 +2 位作者 马全胜 张顺 张月义 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期111-116,共6页
以国产聚丙烯腈(PAN)基高强中模碳纤维(QZ5526)为研究对象,采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、万能材料试验机、纱线耐磨仪等表征手段分析比较了上浆量分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%的碳纤维表面物理结构和... 以国产聚丙烯腈(PAN)基高强中模碳纤维(QZ5526)为研究对象,采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、万能材料试验机、纱线耐磨仪等表征手段分析比较了上浆量分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%的碳纤维表面物理结构和化学特性,结合耐磨性、悬垂性、表面能以及拉伸强度、层间剪切强度(ILSS)等力学性能实验,探讨了上浆量对国产高强中模碳纤维表面形貌、后加工性能及复合材料界面性能的影响。结果表明:上浆剂含量对纤维的表面粗糙度、化学活性、耐磨性、力学性能和层间剪切性能等影响显著,适宜的上浆量(1.5%左右)有助于改善碳纤维表面性能以及与树脂基体的界面结合能。 展开更多
关键词 高强中模型碳纤维 上浆剂含量 物理结构 化学特性 复合材料界面性能
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BFRP和CFRP加固受弯混凝土界面疲劳性能试验 被引量:8
5
作者 谢建和 黄昆泓 +2 位作者 李自坚 张洹 许光辉 《建筑科学与工程学报》 CAS 北大核心 2015年第4期53-59,共7页
以纤维增强复合材料(FRP)片材外贴混凝土受弯构件为研究对象,探讨玄武岩纤维(BFRP)和碳纤维增强复合材料(CFRP)加固混凝土界面疲劳性能。通过实施四点弯曲加载试验,研究了BFRP和CFRP加固混凝土界面疲劳破坏模式、界面疲劳裂缝扩展规律... 以纤维增强复合材料(FRP)片材外贴混凝土受弯构件为研究对象,探讨玄武岩纤维(BFRP)和碳纤维增强复合材料(CFRP)加固混凝土界面疲劳性能。通过实施四点弯曲加载试验,研究了BFRP和CFRP加固混凝土界面疲劳破坏模式、界面疲劳裂缝扩展规律以及构件跨中挠度和FRP应变随加载循环次数的变化规律,并对BFRP和CFRP加固混凝土界面的静载剥离承载力和疲劳寿命进行了分析,给出了BFRP和CFRP加固混凝土界面的疲劳强度。研究结果表明:与BFRP-混凝土界面相比,CFRP-混凝土界面的静载剥离承载力提高了约50%,其疲劳寿命也明显提高;既有疲劳历程对BFRP和CFRP加固混凝土界面的静载剥离承载力影响不大。 展开更多
关键词 结构工程 剥离承载力 玄武岩纤维 碳纤维增强复合材料 界面 疲劳
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烧结温度对碳纤维/层状木材陶瓷界面结构的影响 被引量:2
6
作者 孙德林 余先纯 +2 位作者 郝晓峰 陈新义 刘明辉 《材料热处理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期18-23,共6页
为了探讨烧结温度对纤维增强木材陶瓷界面结构的影响,用液化木材和炭粉制备片状基体材料,并通过酚醛树脂与碳纤维复合、在不同的烧结温度条件下制备碳纤维/层状木材陶瓷复合材料。利用扫描电镜(SEM)、场发射透射电镜(FETEM)、显微拉曼光... 为了探讨烧结温度对纤维增强木材陶瓷界面结构的影响,用液化木材和炭粉制备片状基体材料,并通过酚醛树脂与碳纤维复合、在不同的烧结温度条件下制备碳纤维/层状木材陶瓷复合材料。利用扫描电镜(SEM)、场发射透射电镜(FETEM)、显微拉曼光谱(MRS)和X射线光电子能谱(XPS)等方法对其界面结构进行测试与表征。结果表明:在基体材料中,无定形碳与玻璃碳相互融合,界面区过渡自然,无明显界限;而在碳纤维与玻璃碳所形成的界面区中,较高的升温速度易形成为裂纹而呈现弱界面结合。同时,随着烧结温度的升高,界面区中有石墨微晶生成,但呈现出湍层结构。较高的烧结温度有助于脱除N、O、Na等元素,并有利于形成C-C结构。 展开更多
关键词 碳纤维/木材陶瓷 烧结温度 界面结构 影响因素
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炭纤维增强聚合物基复合材料的热氧老化机理 被引量:7
7
作者 樊威 李嘉禄 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期116-122,140,共8页
从基体、纤维和纤维/基体界面的角度,探讨了炭纤维增强聚合物基复合材料(CFRPMCs)的热氧老化机理。总结了纤维性能、纤维取向、纤维体积含量、织物结构、树脂性能、纤维/基体界面强度等因素对CFRPMCs热氧老化性能的影响规律,并简要分析... 从基体、纤维和纤维/基体界面的角度,探讨了炭纤维增强聚合物基复合材料(CFRPMCs)的热氧老化机理。总结了纤维性能、纤维取向、纤维体积含量、织物结构、树脂性能、纤维/基体界面强度等因素对CFRPMCs热氧老化性能的影响规律,并简要分析了目前提高CFRPMCs热氧老化性能的方法。研究指出,立体织物增强的聚合物基复合材料能够很好地克服传统层合复合材料热氧老化后易分层的缺点,采用立体织物来增强聚合物,将会是今后提高CFRPMCs热氧稳定性的一个主要发展方向。 展开更多
关键词 炭纤维增强聚合物基复合材料 热氧老化机理 织物结构 界面
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碳纤维增强层状木材陶瓷的界面结构及受力分析 被引量:1
8
作者 孙德林 郝晓峰 +2 位作者 洪璐 唐志宏 张绍明 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期969-975,共7页
为了研究纤维增强木材陶瓷复合材料的界面结构与受力情况,利用液化木材、炭粉和碳纤维制备层状结构木材陶瓷。采用扫描电镜和高分辨率透射电镜对其基本结构与界面进行观测,并通过显微拉曼光谱检测拉伸试件G’峰的位移来判断界面的结合... 为了研究纤维增强木材陶瓷复合材料的界面结构与受力情况,利用液化木材、炭粉和碳纤维制备层状结构木材陶瓷。采用扫描电镜和高分辨率透射电镜对其基本结构与界面进行观测,并通过显微拉曼光谱检测拉伸试件G’峰的位移来判断界面的结合情况。同时,基于双线性软化本构模型,采用Abaqus软件对界面层在应力传递中的作用与方式进行了数值分析。扫描电镜与透射电镜的观测表明:碳纤维增强木材陶瓷具有清晰的层状结构,且无定形碳与玻璃碳之间存在强界面结合。拉曼光谱的测试发现:加压烧结试件拉伸后的G’峰向低波数的位移更大,证明加压烧结能够改善玻璃碳与碳纤维之间界面的结合强度。数值分析显示:在受力过程中,界面层对碳纤维与基体材料之间的应力传递起着重要作用,同时,随着界面层强度与厚度的增加,其所能承受的载荷增大,传递给基体材料的等效应力也随之增加。 展开更多
关键词 层状木材陶瓷 碳纤维增强 界面结构 应力分析
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碳涂层对SiC纤维增强钛基复合材料界面显微结构及性能的影响 被引量:2
9
作者 贾燕翔 李久明 +1 位作者 刘祥辉 刘利军 《兵器材料科学与工程》 CSCD 北大核心 2012年第1期77-80,共4页
研究涂碳的SiC(C)/Ti-6Al-4V和无涂碳的SiC/Ti-6Al-4V材料的界面结构以及结合强度。结果表明:碳涂层阻止了径向纤维间的相互作用,该涂层界面反应物只是TiC,这些产物包含邻近碳涂层生成的细小晶粒和邻近金属基体生成的粗大晶粒;在无涂碳... 研究涂碳的SiC(C)/Ti-6Al-4V和无涂碳的SiC/Ti-6Al-4V材料的界面结构以及结合强度。结果表明:碳涂层阻止了径向纤维间的相互作用,该涂层界面反应物只是TiC,这些产物包含邻近碳涂层生成的细小晶粒和邻近金属基体生成的粗大晶粒;在无涂碳界面上,相邻纤维一侧产生的是TiC薄层,毗邻金属基体产生的是TiC和Ti5Si3晶粒组成的厚混合物,晶粒的大小从纤维到基体逐渐增大。涂炭和无涂碳复合材料的界面结合强度分别是(118.2±4.24),(230±6.28)MPa,证明碳涂层在纤维和基体之间提供了一个弱结合界面。涂碳纤维复合材料的界面结合发生在涂碳层和反应层之间,而无涂碳发生在纤维和反应层之间。 展开更多
关键词 涂碳 碳化硅纤维 界面结构 界面结合强度 钛基复合材料
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聚醚醚酮/碳纤维复合材料的界面结构以及结晶形态的研究 被引量:5
10
作者 王维 吴选征 漆宗能 《高分子学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 1989年第5期544-551,共8页
本文采用扫描电子显微镜观察经氩等离子刻蚀后PEEK/碳纤维复合材料的界面层结构和PEEK树脂的结晶形态。无论是从熔体还是从橡胶体结晶,PEEK树脂的结晶都是从碳纤维表面诱导开始,最后形成横穿晶体结构。在高碳纤维含量的复合材料中,PEEK... 本文采用扫描电子显微镜观察经氩等离子刻蚀后PEEK/碳纤维复合材料的界面层结构和PEEK树脂的结晶形态。无论是从熔体还是从橡胶体结晶,PEEK树脂的结晶都是从碳纤维表面诱导开始,最后形成横穿晶体结构。在高碳纤维含量的复合材料中,PEEK的球晶尺寸主要由碳纤维之间的距离控制,受温度的影响较小。在PEEK/碳纤维复合材料的结晶过程中,第一片晶片在碳纤维表面取向生长方式为:晶体的ā轴(厚度方向)平行于维纤径 向。b轴(晶片生长方向)与纤维最小圆截面的切线重合,(?)轴(垂直晶片平面的方向)平行于纤维轴向。由于球晶成核过程是取向生长,因而生成的球晶也按一定的方式取向。 展开更多
关键词 复合材料 聚醚醚酮 碳纤维 结构
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炭纤维增强热塑性工程塑料的研制 被引量:1
11
作者 张永明 王占武 +1 位作者 曹秀杰 赵敏 《炭素技术》 CAS CSCD 1998年第4期13-15,共3页
研究炭纤维在尼龙、聚甲醛两种工程塑料中的含量对复合材料抗拉强度、冲击强度及耐磨性的影响,并利用扫描电子显微镜观察复合材料的界面结构。结果表明,在CF/PA1010复合材料中,当炭纤维含量达到30%时,抗拉强度达到127.6MPa,耐... 研究炭纤维在尼龙、聚甲醛两种工程塑料中的含量对复合材料抗拉强度、冲击强度及耐磨性的影响,并利用扫描电子显微镜观察复合材料的界面结构。结果表明,在CF/PA1010复合材料中,当炭纤维含量达到30%时,抗拉强度达到127.6MPa,耐磨性显著提高。 展开更多
关键词 炭纤维 界面结构 热塑性工程塑料 增强塑料
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碳纳米材料接枝碳纤维的复合材料界面增效研究进展 被引量:13
12
作者 李君 矫维成 +3 位作者 闫美玲 刘贞祥 王荣国 赫晓东 《玻璃钢/复合材料》 CSCD 北大核心 2018年第1期108-113,28,共7页
界面作为复合材料的重要组成部分,起着传递载荷的作用,影响复合材料的整体性能。碳纤维表面属于石墨乱层结构,微晶有序取向,惰性大,不易与树脂基体结合。对碳纤维进行适当的表面改性,增加纤维的比表面积、粗糙度和引入活性官能团,都能... 界面作为复合材料的重要组成部分,起着传递载荷的作用,影响复合材料的整体性能。碳纤维表面属于石墨乱层结构,微晶有序取向,惰性大,不易与树脂基体结合。对碳纤维进行适当的表面改性,增加纤维的比表面积、粗糙度和引入活性官能团,都能改善表面润湿情况,实现机械结合和化学结合,提高复合材料的界面性能。碳纳米材料接枝到碳纤维表面,是提高界面性能的有效方法之一。因此,对碳纳米管、氧化石墨烯接枝碳纤维的制备方法、界面增效设计以及界面增强机制的国内外研究现状进行综述和分析,在此基础上,展望了碳纳米材料接枝碳纤维表面和界面性能评价方法的研究趋势和前景。 展开更多
关键词 碳纤维 碳纳米材料 界面 微纳结构
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碳纤维布加固修复钢结构粘结界面受力性能试验研究 被引量:20
13
作者 张宁 岳清瑞 +3 位作者 佟晓利 赵颜 杨勇新 彭福明 《工业建筑》 CSCD 北大核心 2003年第5期71-73,80,共4页
采用粘贴碳纤维增强复合材料技术对损伤钢结构进行修复 ,可以有效地恢复结构承载力。通过试验和解析方法对粘贴碳纤维布加固修复钢结构技术的粘结界面受力性能进行了分析 ,提出粘结界面剪切应力的计算公式 ,并在实际算例中取得了与试验... 采用粘贴碳纤维增强复合材料技术对损伤钢结构进行修复 ,可以有效地恢复结构承载力。通过试验和解析方法对粘贴碳纤维布加固修复钢结构技术的粘结界面受力性能进行了分析 ,提出粘结界面剪切应力的计算公式 ,并在实际算例中取得了与试验较为吻合的结果 ;同时 ,初步探讨了不同粘贴参数对复合构件粘结界面应力的影响 。 展开更多
关键词 钢结构 粘结界面 碳纤维布 加固 碳纤维增强复合材料 修复
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碳纤维-钢复合结构不同粘结界面对ΔKⅡ影响的仿真研究 被引量:1
14
作者 李璐 王斌华 黄迟航 《机械研究与应用》 2020年第5期96-98,101,共4页
为研究不同粘结界面对应力强度因子幅ΔKⅡ的影响,利用Abaqus有限元软件,基于粘聚区模型(CZM),建立碳纤维布(CFRP)-H型钢复合结构的有限元模型,采用四点弯加载,模拟了Ⅱ型断裂模式下三种粘结界面(刻槽/Kevlar、刻槽/Kevlar/多壁碳纳米管... 为研究不同粘结界面对应力强度因子幅ΔKⅡ的影响,利用Abaqus有限元软件,基于粘聚区模型(CZM),建立碳纤维布(CFRP)-H型钢复合结构的有限元模型,采用四点弯加载,模拟了Ⅱ型断裂模式下三种粘结界面(刻槽/Kevlar、刻槽/Kevlar/多壁碳纳米管(MWCNT)和喷砂/MWCNT)的损伤情况,得到复合结构ΔKⅡ与Y向位移载荷的曲线。结果表明:仿真结果与理论结果一致,不同粘结界面的增强效果不同,界面粘结强度越高,ΔKⅡ值减小越明显,刻槽/Kevlar/MWCNT界面增强效果最佳,仿真结果为后续试验研究提供参考。 展开更多
关键词 碳纤维-钢复合结构 粘结界面 CZM 应力强度因子 ΔKⅡ-Y向位移曲线
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HB-FRP加固损伤混凝土梁的试验分析
15
作者 沈家如 洪家强 《兰州工业学院学报》 2022年第6期25-29,共5页
为了探究混合锚固法(HB-FRP)加固损伤混凝土梁的破坏机理以及不同加固方案对加固梁力学性能的影响,对9根试验梁进行四点弯曲加载试验,进而研究其力学性能表现以及剥离破坏的机理。试验结果表明:HB-FRP对加固梁承载力的提升显著,且当锚... 为了探究混合锚固法(HB-FRP)加固损伤混凝土梁的破坏机理以及不同加固方案对加固梁力学性能的影响,对9根试验梁进行四点弯曲加载试验,进而研究其力学性能表现以及剥离破坏的机理。试验结果表明:HB-FRP对加固梁承载力的提升显著,且当锚固钢板宽度为6 cm、预紧力扭矩为20 N·m时,加固梁的力学性能表现最佳。 展开更多
关键词 结构加固 碳纤维板 锚固系统 预紧力 界面剥离
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碳纤维增强热塑性复合材料研究进展 被引量:3
16
作者 邓海 王超 +3 位作者 杨京浩 王利忠 王明辉 李志刚 《吉林大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期18-30,共13页
系统介绍了碳纤维增强热塑性复合材料的研究进展,包括界面改性(物理改性和化学改性)、结构设计(仿生结构、三维编织结构和机械结构)和成型工艺(树脂传递模塑成型、自动铺放成型、长纤维增强热塑性树脂成型工艺、热压成型和3D打印成型)... 系统介绍了碳纤维增强热塑性复合材料的研究进展,包括界面改性(物理改性和化学改性)、结构设计(仿生结构、三维编织结构和机械结构)和成型工艺(树脂传递模塑成型、自动铺放成型、长纤维增强热塑性树脂成型工艺、热压成型和3D打印成型)。最后,介绍了碳纤维增强热塑性复合材料在运载行业的应用和发展情况,并对其未来发展情况进行了展望。 展开更多
关键词 碳纤维 热塑性树脂 界面改性 结构设计 成型工艺
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碳纤维形貌结构对其电化学氧化行为及其复合材料界面性能的影响 被引量:4
17
作者 李昭锐 张东 +2 位作者 徐樑华 孙玉山 徐鸣风 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期1218-1224,共7页
通过调控原丝工艺,制备得到形貌结构不同、力学性能相近的PAN基碳纤维(CF),用以模拟碳纤维表面光滑与沟槽结构对其电化学氧化行为的影响。研究表明:原始形貌光滑碳纤维在电化学过程中保持形貌能力较强,相同的电化学氧化强度下,其表面氧... 通过调控原丝工艺,制备得到形貌结构不同、力学性能相近的PAN基碳纤维(CF),用以模拟碳纤维表面光滑与沟槽结构对其电化学氧化行为的影响。研究表明:原始形貌光滑碳纤维在电化学过程中保持形貌能力较强,相同的电化学氧化强度下,其表面氧碳比高于原始表面粗糙的碳纤维,表明其氧化程度高。X射线光电子能谱(XPS)分峰结果表明,二者表面氧含量差别来自于表面羰基含量的差异。力学性能测试结果表明具有沟槽形貌的碳纤维拉伸强度及拉伸模量提高的幅度较大,其中拉伸强度提高最大值为17.3%。将氧化前后的碳纤维制备成碳纤维增强树脂基复合材料,探讨碳纤维形貌结构对其复合材料界面性能的影响。结果表明:由具有沟槽形貌的碳纤维制备得到的复合材料层间剪切强度(ILSS)较高,表明碳纤维表面物理形貌也是影响复合材料界面的重要因素。 展开更多
关键词 碳纤维 形貌结构 电化学氧化 复合材料 界面
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