碳纖維-環(huán)氧樹脂復合材料的制備及界面性能的研究.pdf

1、本文利用溶膠.凝膠法,以硅烷偶聯(lián)劑(KH550)和正硅酸乙酯(TEOS)為前軀體,固體酸對甲苯磺酸為催化劑,原創(chuàng)性地制備出一種固化后具有膜粒結(jié)構(gòu)的表面處理劑;利用該表面處理劑對碳纖維進行表面改性處理,探討表面改性對碳纖維外觀形態(tài)、力學性能等的影響;在此基礎上,將碳纖維與環(huán)氧樹脂復合,研究表面改性對碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料界面性能的影響。
　　 通過對表面改性劑制備工藝的優(yōu)化,原位制得了固化后粒子分散均勻,尺寸均一,具有“膜粒結(jié)構(gòu)

2、”的碳纖維表面處理劑,膜粒的粒子尺寸在20-30nm,膜與粒子之間相互有很好的連續(xù)性,同時制得的表面改性劑中Si-O-Si和Si-OH的紅外吸收峰明顯,硅烷偶聯(lián)劑與納米SiO2之間有共價鍵存在,通過線性熱膨脹系數(shù)測定,發(fā)現(xiàn)表面改性劑的熱膨脹系數(shù)介于碳纖維與環(huán)氧樹脂之間,這為減少碳纖維增強復合材料界面的殘余應力,提供了良好的基礎。因此,該表面改性劑為碳纖維的表面改性提供了新的選擇。
　　 將制備的表面改性劑用于碳纖維的表面改性,探

3、索表面處理工藝對碳纖維改性效果的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn):表面處理工藝對處理后碳纖維的外觀形態(tài)、力學性能有一定的影響,表面改性劑未經(jīng)陳化直接涂覆到纖維表面之后,纖維表面粗糙,呈現(xiàn)明顯的納米SiO2顆粒;表面改性劑經(jīng)過陳化后,再涂覆到纖維表面之后,纖維表面較平整,表面的凹槽得到填補,納米SiO2顆粒被包覆在膜結(jié)構(gòu)中;碳纖維經(jīng)過表面改性劑處理后其拉伸強度得到明顯提高,顯示表面改性劑對碳纖維有顯著的補強修復效果。
　　 在此基礎之上,將改性后的

4、碳纖維與環(huán)氧樹脂進行復合,研究了碳纖維與環(huán)氧樹脂界面的結(jié)合性能,結(jié)果表明:經(jīng)過表面處理后的碳纖維制備的碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料的界面性能都有明顯的改善,其中經(jīng)過硝酸預處理之后用陳化后的表面改性劑進行改性的碳纖維制備的復合材料其界面剪切強度(IFSS)達到了26.74MPa,然而只經(jīng)過丙酮處理的碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料其IFSS值只有13.52MPa;增長幅度將近一倍。該方法尚未見文獻報道,為提高碳纖維增強復合材料的界面性能提供了新的思路