微波-雙氧水聯(lián)合處理炭纖維的工藝及性能研究.pdf

1、炭纖維是具有優(yōu)異性能的工程材料，常作為各種復合材料的增強體，炭纖維增強復合材料由于良好的機械性能是先進復合材料應用的首選。炭纖維與基體的界面粘結是控制復合材料整體性能的關鍵，但是由于炭纖維表面惰性等因素的影響，其與復合材料界面的粘結較弱。因此，改性炭纖維表面的研究是必需的。
　　本文研究了炭纖維的表面改性、表征以及微滴包埋拉出法測界面剪切強度。采用一種新的方法—微波輻射雙氧水氧化法，對炭纖維進行表面改性，通過使用場發(fā)射掃描電子顯微

2、鏡(FE-SEM)、X射線光電子能譜儀(XPS)、拉曼光譜儀(Raman)和激光顯微儀等表征手段分析炭纖維表面物理化學性質；并用微滴包埋拉出法測試復合材料的界面剪切強度，并總結分析了影響界面剪切強度的一些因素。
　　借助 FE-SEM、XPS、Raman和激光顯微儀等手段探索各種工藝參數(shù)（微波功率、處理時間、雙氧水濃度等）對炭纖維表面性質的影響。通過觀察分析掃描電鏡圖像發(fā)現(xiàn)，纖維表面形貌隨著處理條件的改變出現(xiàn)不同的變化，改性后纖維

3、表面出現(xiàn)凹槽和孔洞，還出現(xiàn)一些納米尺寸的突起和白斑等特殊結構；通過 XPS分析表明，處理后纖維表面含氧量和含氮量都在增加，處理條件的改變和炭纖維種類的不同增加的含量也不同，實驗室自制的一種瀝青基炭纖維改性后氧含量增加最多，達到16.29 mol％，主要是C-O、C=O等含氧官能團的增加。Raman光譜發(fā)現(xiàn)R值（D峰和G峰的面積比）增加，表明微波誘導氧化處理增大了炭纖維表面結構的無序化。激光顯微儀測定纖維表面的粗糙度，展示了粗糙度值的增加

4、。同時本文研究了五種類型的炭纖維，其表面形貌和表面元素發(fā)生了變化，表明這種方法潛在的廣泛適用性。
　　用微滴包埋拉出法測試炭纖維與環(huán)氧樹脂的界面剪切強度(IFSS)，來評價炭纖維與環(huán)氧樹脂基體的粘結情況。從負載-位移曲線讀取樹脂小球從炭纖維上脫落時的脫粘力值，并利用掃描電子顯微鏡觀察了脫粘樹脂小球和炭纖維的狀態(tài)，然后定量的計算出兩種樣品的IFSS平均值以及其標準方差、離散系數(shù)，并討論了IFSS同樹脂小球的長度與直徑、纖維直徑的關系