碳纳米管改性环氧树脂/碳纤维复合材料的界面性能
发布时间：2021-01-31 02:05
采用碳纳米管对环氧树脂体系以及碳纤维进行改性处理,得到四种试样,即CNTs-00 （不添加碳纳米管）、CNTs-01 （碳纳米管与活性分子预反应）、CNTs-02 （碳纳米管与树脂体系直接混合）、CNTs-03 （碳纤维表面生长碳纳米管）。采用视频接触角测量仪以及界面性能测试仪对树脂浸渍国产T800S碳纤维单丝形成的微球形态、微球与纤维的界面接触角及界面剪切强度（IFSS）等进行了分析表征;同时采用模压法制备了复合材料单向板,从宏观尺度表征了其层间剪切强度（ILSS）。结果表明,与CNTs-00相比,CNTs-01的树脂界面浸润性以及复合材料IFSS有了较大提高,接触角减小了3.1°,IFSS提高了12.7%,ILSS提高了9%;CNTs-02的树脂界面浸润性略有降低,接触角增大了0.9°,IFSS降低了8.6%,ILSS与CNT–00基本相同;CNTs-03的界面浸润性降低,浸润角增大了4.5°,IFSS降低了5.7%,ILSS降低了11.5%。
【文章来源】：工程塑料应用. 2020,48(05)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
IFSS测试原理
以光学视频接触法测量原理为基础,测定四种不同碳纳米管处理方式下纤维与树脂基体静态界面接触角,其光学照片如图2所示,测得的接触角均值及离散系数见表1。从图2以及表1可以看出,通过四种不同的处理方式,纤维与树脂基体形成的接触角均小于90°,表明纤维与树脂的浸润性均较好。极性碳纳米管的加入可以降低液体(树脂体系或混合液)的表面张力,液体的表面张力越小,在固体(纤维)上的接触角越小,表明对纤维的浸润性越好[11]。CNTs-01中树脂与纤维的界面接触角均值小于CNTs-00,减小了3.1°。CNTs-01中碳纳米管经过与活性稀释剂的预反应,较均匀地分散于树脂中,但仍不可避免地存在团聚现象,故其接触角的离散系数要高于CNTs-00。CNTs-02中碳纳米管可能出现严重团聚,导致所测试样中碳纳米管分散程度不同,同时影响了树脂与纤维的界面接触,故界面接触角均值与CNTs-00相近,仅增加了0.9°,但离散系数较大。表1 纤维与树脂静态界面接触角测量结果 项 目 CNTs-00 CNTs-01 CNTs-02 CNTs-03 试样数量/个 10 10 10 10 接触角均值/(°) 39.5 36.4 40.4 44 离散系数/% 0.14 1.7 2.1 3.1
图3为IFSS测试前后树脂微珠的形态(对比样CNTs-00与其它三个类似,故未列出光学照片)。从图3可以观察到,纤维和微球均未破坏,但随着纤维的移动,微珠进行了明显的滑移。这表明微球的脱粘发生在纤维与之接触的界面,因此所测得的IFSS可以有效表征树脂与纤维界面的粘结状态。利用微珠脱粘法测试环氧树脂/纤维单丝复合材料界面强度,对载荷峰值数据点进行拟合,假设界面剪切载荷与树脂包埋长度呈线性关系,所拟合的直线斜率即为树脂与纤维的IFSS[13],结果见表2。由表2可以看出,CNTs-01中纤维与树脂的IFSS为85.4 MPa,相较于CNTs-00提高了12.7%。羧基化碳纳米管可参与环氧树脂的交联反应,对复合材料的环氧界面层有增强作用,提高了基体与纤维之间的界面粘结强度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]含MWCNTs玻璃纤维增强复合材料的力学和界面性能的研究[J]. 郑益飞,申明霞,段鹏鹏,曾少华,张珂,牛晨旭. 玻璃钢/复合材料. 2019(12)
[2]固化剂体系均质化对EP/GF复合材料界面性能的影响[J]. 李亚锋,郭妙才,洪旭辉. 玻璃钢/复合材料. 2019(10)
[3]界面强度对玻璃纤维增强不饱和聚酯复合材料静态和动态力学性能影响[J]. 郝名扬,潘复生,刘奇,曾庆文,汤爱涛,罗成云,姚远,韩利雄. 玻璃纤维. 2019(03)
[4]国产T800级碳纤维/环氧树脂复合材料湿热性能[J]. 隋晓东,熊舒,朱亮,李烨,李娜. 航空材料学报. 2019(03)
[5]国产碳纤维增强树脂基复合材料的界面结合性能研究[J]. 支建海,钱鑫,张永刚,王雪飞,陈礼群,李德宏,宋书林. 合成纤维工业. 2018(04)
[6]基于NOL环的高性能纤维与环氧树脂的匹配性研究[J]. 兰总金,祖磊,惠鹏,胡兰馨,吴尘瑾. 玻璃钢/复合材料. 2018(03)
[7]T800碳纤维在复合材料压力容器上的应用研究[J]. 陈小平,王喜占. 高科技纤维与应用. 2017(03)
[8]上浆剂对国产T700级碳纤维复合材料界面性能的影响[J]. 罗云烽,杨喆,肈研,谢富原. 材料科学与工艺. 2014(04)
[9]碳纳米管的分散及其对酚醛树脂热性能的影响[J]. 安振河,魏化震,李莹,高永忠,高传民. 工程塑料应用. 2006(01)
[10]超声作用对芳纶纤维表面性质的影响[J]. 刘丽,张翔,黄玉东,姜彬,张志谦. 复合材料学报. 2003(02)
本文编号：3010012
【文章来源】：工程塑料应用. 2020,48(05)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
IFSS测试原理
以光学视频接触法测量原理为基础,测定四种不同碳纳米管处理方式下纤维与树脂基体静态界面接触角,其光学照片如图2所示,测得的接触角均值及离散系数见表1。从图2以及表1可以看出,通过四种不同的处理方式,纤维与树脂基体形成的接触角均小于90°,表明纤维与树脂的浸润性均较好。极性碳纳米管的加入可以降低液体(树脂体系或混合液)的表面张力,液体的表面张力越小,在固体(纤维)上的接触角越小,表明对纤维的浸润性越好[11]。CNTs-01中树脂与纤维的界面接触角均值小于CNTs-00,减小了3.1°。CNTs-01中碳纳米管经过与活性稀释剂的预反应,较均匀地分散于树脂中,但仍不可避免地存在团聚现象,故其接触角的离散系数要高于CNTs-00。CNTs-02中碳纳米管可能出现严重团聚,导致所测试样中碳纳米管分散程度不同,同时影响了树脂与纤维的界面接触,故界面接触角均值与CNTs-00相近,仅增加了0.9°,但离散系数较大。表1 纤维与树脂静态界面接触角测量结果 项 目 CNTs-00 CNTs-01 CNTs-02 CNTs-03 试样数量/个 10 10 10 10 接触角均值/(°) 39.5 36.4 40.4 44 离散系数/% 0.14 1.7 2.1 3.1
图3为IFSS测试前后树脂微珠的形态(对比样CNTs-00与其它三个类似,故未列出光学照片)。从图3可以观察到,纤维和微球均未破坏,但随着纤维的移动,微珠进行了明显的滑移。这表明微球的脱粘发生在纤维与之接触的界面,因此所测得的IFSS可以有效表征树脂与纤维界面的粘结状态。利用微珠脱粘法测试环氧树脂/纤维单丝复合材料界面强度,对载荷峰值数据点进行拟合,假设界面剪切载荷与树脂包埋长度呈线性关系,所拟合的直线斜率即为树脂与纤维的IFSS[13],结果见表2。由表2可以看出,CNTs-01中纤维与树脂的IFSS为85.4 MPa,相较于CNTs-00提高了12.7%。羧基化碳纳米管可参与环氧树脂的交联反应,对复合材料的环氧界面层有增强作用,提高了基体与纤维之间的界面粘结强度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]含MWCNTs玻璃纤维增强复合材料的力学和界面性能的研究[J]. 郑益飞,申明霞,段鹏鹏,曾少华,张珂,牛晨旭. 玻璃钢/复合材料. 2019(12)
[2]固化剂体系均质化对EP/GF复合材料界面性能的影响[J]. 李亚锋,郭妙才,洪旭辉. 玻璃钢/复合材料. 2019(10)
[3]界面强度对玻璃纤维增强不饱和聚酯复合材料静态和动态力学性能影响[J]. 郝名扬,潘复生,刘奇,曾庆文,汤爱涛,罗成云,姚远,韩利雄. 玻璃纤维. 2019(03)
[4]国产T800级碳纤维/环氧树脂复合材料湿热性能[J]. 隋晓东,熊舒,朱亮,李烨,李娜. 航空材料学报. 2019(03)
[5]国产碳纤维增强树脂基复合材料的界面结合性能研究[J]. 支建海,钱鑫,张永刚,王雪飞,陈礼群,李德宏,宋书林. 合成纤维工业. 2018(04)
[6]基于NOL环的高性能纤维与环氧树脂的匹配性研究[J]. 兰总金,祖磊,惠鹏,胡兰馨,吴尘瑾. 玻璃钢/复合材料. 2018(03)
[7]T800碳纤维在复合材料压力容器上的应用研究[J]. 陈小平,王喜占. 高科技纤维与应用. 2017(03)
[8]上浆剂对国产T700级碳纤维复合材料界面性能的影响[J]. 罗云烽,杨喆,肈研,谢富原. 材料科学与工艺. 2014(04)
[9]碳纳米管的分散及其对酚醛树脂热性能的影响[J]. 安振河,魏化震,李莹,高永忠,高传民. 工程塑料应用. 2006(01)
[10]超声作用对芳纶纤维表面性质的影响[J]. 刘丽,张翔,黄玉东,姜彬,张志谦. 复合材料学报. 2003(02)
本文编号：3010012
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