碳纖維表面Sol-Gel法涂覆TiO薄膜的工藝基礎(chǔ)研究.pdf

1、碳纖維的高比強(qiáng)度、高比模量、耐疲勞、耐腐蝕和耐燒蝕等一系列優(yōu)良性能使其成為理想的增強(qiáng)材料。但高溫條件下，碳纖維能和很多基體合金元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成相應(yīng)的產(chǎn)物，同時(shí)還存在碳纖維的氧化和合金元素與碳之間的相互擴(kuò)散等問(wèn)題，惡化了復(fù)合材料的界面結(jié)合。因此，為了保護(hù)碳纖維和改善碳纖維與基體間的相容性，在制備復(fù)合材料時(shí)往往要對(duì)碳纖維表面改性，包括涂層，鍍層等。近年來(lái)，溶膠-凝膠法(Sol-Gel)以其低溫、簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在薄膜制備領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)

2、用。本文將溶膠-凝膠技術(shù)引入到碳纖維表面的改性中，在碳纖維表面采用Sol-Gel法制備碳膜，研究涂覆工藝、熱處理、結(jié)合牢度等對(duì)碳纖維涂層的影響，這對(duì)于碳纖維表面改性方法的豐富和改性機(jī)理的深入探索具有重大的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
　　用Sol-Gel法制備TiO2溶膠，并采用單因素實(shí)驗(yàn)研究不同組分及實(shí)驗(yàn)條件對(duì)TiO2溶膠的膠凝時(shí)間和涂覆質(zhì)量的影響，確定制備穩(wěn)定TiO2溶膠的最佳組分配比。采用XRD、TG-DSC、SEM、AFM分析手段

3、等對(duì)TiO2的晶相、晶粒尺寸和載玻片上的薄膜的表面形貌、性能進(jìn)行表征，探索制備TiO2薄膜的最佳制備工藝。采用SEM、TG等手段分析碳纖維上TiO2涂層的表面形貌、涂覆效果及涂層碳纖維的性能，并采用灰分法和超聲振蕩法分別測(cè)定了碳纖維上TiO2的負(fù)載量和結(jié)合牢度。
　　以Ti(OC4H9)4-C2H5OH-H2O體系的全相圖為理論依據(jù)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究，在室溫條件下制備薄膜的最佳組分配比為:n(Ti(OBu)4)∶n(CH3CH2OH)∶

4、n(H2O)∶n(CH3COOH)∶ n(AcAc)=1∶25∶3.5∶1.5∶0.055。溶膠粘度值在3.8mpa.s時(shí)，能制得最佳質(zhì)量的薄膜;利用TG-DSC和X射線衍射儀對(duì)二氧化鈦凝膠的晶型轉(zhuǎn)變、顆粒大小進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明在二氧化鈦由無(wú)定形開(kāi)始向銳鈦礦相轉(zhuǎn)變300℃左右，銳鈦礦相開(kāi)始向金紅石相轉(zhuǎn)變的溫度在500℃左右，顆粒尺寸隨熱處理溫度的升高逐漸變大。利用SEM對(duì)涂層的表面結(jié)構(gòu)分析研究，結(jié)果表明涂覆三次的效果較好。