碳纤维低压等离子体处理及其聚丙烯树脂复合材料界面性能的研究

发布时间：2021-03-04 04:15

　　随着汽车产业的蓬勃发展和人们环保意识的日益增强,碳纤维增强热塑性树脂复合材料因其优异的力学性能以及质轻、可回收再加工的优点,在替代部分汽车钢材部件上极具潜力。但是,碳纤维由于表面较为光滑且呈现化学惰性,与热塑性树脂的粘结性能较差,使碳纤维增强热塑性树脂复合材料的力学性能难以满足汽车较高的安全性能要求。因此,需要对碳纤维进行表面改性,以改善碳纤维与热塑性树脂的界面性能,拓展碳纤维增强热塑性树脂复合材料在汽车制造领域的应用范围。本课题采用环境友好的低压等离子体处理方法,对碳纤维进行表面改性,并制备碳纤维（CF）/聚丙烯（PP）微复合材料;通过微观形貌分析、表面化学成分分析、表面浸润性测试以及拉伸强度和界面剪切强度测试,研究低压等离子体处理对碳纤维性能和CF/PP微复合材料界面性能的影响;利用ABAQUS软件建立微球脱粘2D模型,分析CF/PP微复合材料的界面性能。具体研究内容和结论如下:第一部分,对碳纤维进行不同功率、不同时间的低压等离子体处理,并对比分析处理前后碳纤维的性能变化。结果表明,经低压等离子体处理后,碳纤维表面粗糙度明显增加,Ra（算数平均粗糙度）和Rq（均方根粗糙度）分别提高... 

【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

碳纤维石墨平面网层结构

Botelho等[32]通过拉伸、压缩、剪切实验，研究不同碳纤维含量对碳纤维/聚酰胺复合材料力学性能的影响，结果表明复合材料的弹性模量、拉伸强度、压缩强度均随碳纤维含量的增加而增加。1.3.2复合材料界面性能及表征1.3.2.1复合材料界面特征复合材料从结构上包括三相，即增强相、基体相和界面相。其中界面相对复合材料的力学性能控制起到十分重要的作用，它不仅连接着增强相与基体相，还是传递着应力及其他重要信息。界面不是没有厚度的面，而是具有纳米以上尺寸的厚度，其与基体相和增强体相在结构上有着明显的差别[33]，如图1-2所示。图1-2复合材料界面示意图纤维增强树脂基复合材料的界面经过纤维与树脂浸润、树脂固化而形成[34]，其性质与其他两相不同，更易发生化学反应。界面在复合材料内部占比不大，纤维(5-7cm)复合材料每100cm3体积中,界面面积仅为3-7×106cm2[35]。界面在复合材料中传递载荷，控制材料的宏观力学性能[36,37]，研究复合材料界面性能对拓

东华大学硕士学位论文第二章碳纤维表面改性13图2-1碳纤维去浆装置2.1.3低压等离子体处理将去除表面浆料后的碳纤维丝束稍作展开，逐根平行伸直地固定在20cm×20cm的纸框上，放入低压等离子体处理装置（如图2-2所示），处理气体为空气，分别在100W、200W、300W功率下，处理60s、120s、180s，控制处理压强为30Pa。空气中的原子或原子团在真空室中被电离产生等离子体，等离子体撞击碳纤维表面，产生刻蚀、氧化等作用。将经过不同条件处理的碳纤维分别装入密封袋中标注处理条件以待测试。（a）（b）图2-2低压等离子体处理：（a）装置示意图；（b）原理示意图

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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本文编号：3062545