STF改性碳纖維布對其環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響.pdf

1、復(fù)合材料的基體與增強(qiáng)材料之間需要通過界面實(shí)現(xiàn)載荷傳遞，而復(fù)合材料界面能否有效傳遞載荷，取決于增強(qiáng)體與基體之間界面的結(jié)合程度，從而最終決定復(fù)合材料的性能。因此，為了改善復(fù)合材料的性能，必須實(shí)現(xiàn)界面的合理設(shè)計(jì)和控制。本課題以增強(qiáng)體—碳纖維布和基體材料—環(huán)氧樹脂為研究對象，通過實(shí)驗(yàn)室自制表面改性劑和酸處理氧化相結(jié)合的方法對碳纖維布進(jìn)行表面改性處理，利用改性后的碳纖維布制備碳纖維布/環(huán)氧樹脂(CFS/EP)復(fù)合材料，并對其力學(xué)性能和界面性能進(jìn)行

2、評價。
　　首先，采用具有良好穩(wěn)定性的聚乙二醇(PEG)溶劑體系分散改性納米SiO2，制備得到SiO2/聚乙二醇剪切增稠液體(STF)，并對其制備工藝條件進(jìn)行研究;結(jié)果表明:納米SiO2粒子在PEG溶劑體系中具有良好的分散性，且粒子間聯(lián)系緊密;經(jīng)過PEG改性后的納米SiO2粒子表面出現(xiàn)C-O和C-H基團(tuán)，同時Si-OH特征峰增強(qiáng);SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、PEG的分子量以及環(huán)境溫度均對SiO2/聚乙二醇剪切增稠液體的剪切增稠效應(yīng)具有顯著

3、的影響，當(dāng)納米SiO2和PEG的質(zhì)量比為3∶10，且以PEG400和PEG600為溶劑體系分散介質(zhì)，制備的SiO2/聚乙二醇剪切增稠液體(STF)具有良好的剪切增稠效果。
　　其次，原創(chuàng)性地提出了以制備的SiO2/聚乙二醇剪切增稠液體為表面處理劑改性碳纖維表面的設(shè)想，并對改性處理的可行性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明:酸氧化預(yù)處理后的碳纖維經(jīng)表面改性劑SiO2/聚乙二醇剪切增稠液體改性后，表面溝槽被表面改性劑有效填充，同時，Si-O-Si、

4、Si-OH、-OH等官能團(tuán)被引入，使碳纖維布的表面活性和浸潤性能有效提高，這為高性能碳纖維布增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備提供了良好的基礎(chǔ)。
　　最后，以改性后的碳纖維布為增強(qiáng)體，制備碳纖維布增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，并對其力學(xué)性能和界面性能進(jìn)行表征，結(jié)果顯示:與未經(jīng)處理的CFS/EP復(fù)合材料(A-CFS/EP)相比，經(jīng)一步法和二步法氧化預(yù)處理后的CFS/EP復(fù)合材料(H-CFS/EP和H1H2-CFS/EP)的拉伸強(qiáng)度有所降低;經(jīng)SiO

5、2/聚乙二醇剪切增稠液體處理后碳纖維制各的CFS/EP復(fù)合材料力學(xué)強(qiáng)度有明顯的提高，其中，與A-CFS/EP、H-CFS/EP和H1H2-CFS/EP復(fù)合材料相比，碳纖維布經(jīng)過SiO2/聚乙二醇剪切增稠液體處理后復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度分別提高了26.08％，30.87％和37.56％，層間剪切強(qiáng)度(ILSS)分別提高了76.95％、35.44％和31.93％;由于氧化預(yù)處理增加了碳纖維表面的粗糙度，提高了比表面積，H-CFS/EP和H1H2