多功能SPM對(duì)纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料界面性能的研究.pdf

1、纖維（碳纖維與玻璃纖維）增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料是先進(jìn)復(fù)合材料的典型代表，具有密度小、力學(xué)性能優(yōu)異、耐熱、耐低溫等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、軍事、汽車(chē)、體育等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。對(duì)于纖維的改性以及界面形成機(jī)理和表征一直是復(fù)合材料領(lǐng)域里的熱點(diǎn)問(wèn)題。對(duì)此本文將纖維表面改性方法和原理以及界面表征進(jìn)行研究。
　　 本文分別選用PAN基碳纖維、E型玻璃纖維和E51型環(huán)氧樹(shù)脂作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體和基體，分別對(duì)增強(qiáng)纖維采用臭氧和濃HNO3偶聯(lián)劑涂層處理

2、方法進(jìn)行改性處理，通過(guò)層間剪切強(qiáng)度(ILSS)實(shí)驗(yàn)得到力學(xué)性能最高的處理工藝，并采用掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、X光電子能譜(XPS)、單纖拉伸強(qiáng)度測(cè)試及浸潤(rùn)接觸角分析等方法研究了處理前后纖維表面形貌、表面粗糙度、表面元素組成及化學(xué)官能團(tuán)、單纖拉伸強(qiáng)度及表面浸潤(rùn)性能的變化，分析處理方法對(duì)纖維各項(xiàng)性能影響。研究結(jié)果表明:經(jīng)過(guò)處理的碳纖維表面粗糙度、表面活性基團(tuán)相對(duì)含量和表面浸潤(rùn)性都有較明顯的提升，這些因素都有利于碳纖

3、維與樹(shù)脂基體間的化學(xué)鍵結(jié)合和機(jī)械嵌合作用的增加。玻璃纖維經(jīng)偶聯(lián)劑處理前后表面粗糙度變化不大而接觸角變大，但偶聯(lián)劑與樹(shù)脂和纖維間的化學(xué)鍵合作用仍能提高界面的粘結(jié)性能。
　　 采用SPM的三種模式（力調(diào)制、掃描聲學(xué)、導(dǎo)電力模式）對(duì)碳纖維和玻璃纖維經(jīng)過(guò)處理前后的復(fù)合材料界面進(jìn)行研究，探討SPM測(cè)試樣品的制備和掃描參數(shù)設(shè)置對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，并表征纖維處理前后界面性能的變化。研究結(jié)果表明:SPM測(cè)試樣品的制作是測(cè)試過(guò)程中至關(guān)重要的一步，經(jīng)

4、多道打磨拋光工序后可以完全滿足測(cè)試要求且?guī)缀醪挥绊懡缑嫱暾?。力調(diào)制模式對(duì)碳纖維復(fù)合材料界面表征效果較好，用此模式得出在纖維處理后會(huì)在纖維與樹(shù)脂之間形成一個(gè)硬度和模量的過(guò)渡界面層，較纖維未經(jīng)表面處理形成的復(fù)合材料相比可以獲得更為完善的界面相，使材料可以更好地傳遞載荷，吸收外界的作用能量，最終使材料的界面力學(xué)性能得到顯著提高。掃描探針聲學(xué)模式對(duì)玻璃纖維復(fù)合材料界面表征效果較好，用此模式得出玻璃纖維經(jīng)偶聯(lián)劑處理后復(fù)合材料界面附近硬度過(guò)渡更為