碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在不同氧濃度下熱分解行為的研究.pdf

1、隨著碳纖維復(fù)合材料的廣泛使用，材料加工過程以及碳纖維復(fù)合材料報(bào)廢之后產(chǎn)生大量廢料。為避免將廢棄的碳纖維復(fù)合材料掩埋處理，同時(shí)回收高價(jià)值的碳纖維，碳纖維回收方法不斷發(fā)展。熱分解法是回收碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的一種常用方法，但是纖維表面會(huì)形成殘?zhí)浚绊懟厥仗祭w維的再應(yīng)用。空氣中熱處理過程可以除去殘?zhí)?，但同時(shí)碳纖維也會(huì)發(fā)生氧化，導(dǎo)致力學(xué)性能降低。為了得到表面干凈并且力學(xué)性能沒有嚴(yán)重下降的回收碳纖維，本課題研究了氧濃度對碳纖維增強(qiáng)4，4'-二

2、氨基二苯甲烷固化環(huán)氧樹脂復(fù)合材料熱分解的影響。
　　首先對碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的熱分解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。將高純氮?dú)夂透呒冄鯕夥謩e以95:5、90:10的體積比混合得到氣體5％O2、10%O2。分別在N2、5%O2和空氣條件下以5、10、15和20℃/min的升溫速率進(jìn)行熱重分析。動(dòng)力學(xué)分析采用Kissinger法和Flynne-Wall-Ozawa（FWO）法確定熱分解過程阿侖尼烏斯方程動(dòng)力學(xué)參數(shù):活化能E和指前因子A；然后

3、采用Coats Redfern法確定碳纖維復(fù)合材料的熱分解機(jī)理函數(shù)，最后通過動(dòng)力學(xué)結(jié)果計(jì)算一定溫度和氧濃度下碳纖維復(fù)合材料中樹脂基體完全分解所需要的時(shí)間。研究結(jié)果表明，有氧條件下樹脂基體熱分解包含與氮?dú)鈼l件下相同的階段，氧濃度改變主要影響積炭氧化過程。
　　熱分解實(shí)驗(yàn)在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行。反應(yīng)氣體為5%O2、10%O2和空氣。研究發(fā)現(xiàn)，溫度是影響復(fù)合材料熱分解最重要的因素，氧氣濃度也需要嚴(yán)格控制。采用單絲拉伸測試、掃描電子顯微鏡、

4、表面界面張力儀和X射線光電子能譜對回收碳纖維的性能進(jìn)行了表征。隨著氧濃度、反應(yīng)時(shí)間和溫度的增加，回收碳纖維表面的積炭逐漸減少，但其力學(xué)性能下降。5%O2氣氛下回收的碳纖維力學(xué)性能明顯高于10%O2和空氣氣氛中回收碳纖維的力學(xué)性能。反應(yīng)溫度為650℃，反應(yīng)氣氛為5%O2，反應(yīng)時(shí)間為45分鐘時(shí)，回收碳纖維的拉伸強(qiáng)度約為原纖維強(qiáng)度的83%。有氧條件下處理之后，碳纖維表面的含氧基團(tuán)含量增加。另外，對熱分解反應(yīng)的物料衡算和樹脂的分解產(chǎn)物也進(jìn)行了分