氧化石墨烯/BPEI/碳纤维跨尺度增强体的制备及界面性能研究
发布时间：2021-05-11 16:03
为满足生产、生活及国防领域的发展需求,需要不断优化和调控先进复合材料的性能。复合材料中界面相的结构与界面相的厚度,会对复合材料的最终性能产生巨大影响,因此设计并控制复合材料的界面十分必要。碳纤维在复合材料领域的作用至关重要,但其相对平滑的惰性石墨片层和较低的表面能使其作为增强体与聚合物基体的浸润性能差,无法实现良好黏合。为了增加碳纤维表面的活性官能团含量,同时提高引入的官能团与聚合物基体的反应活性,研究者们通过酰胺反应将具备大量活性氨基基团的分子接枝到碳纤维表面。但发生酰胺反应所需要的肽缩合试剂通常具有强烈毒性,反应过程也较为复杂,因此本文利用枝化聚乙烯亚胺和氧化石墨烯,以更为环保、便捷和快速的方式对碳纤维进行表面改性,制备出枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维和氧化石墨烯接枝碳纤维跨尺度增强体,并研究相应的界面性能变化机理。本文的主要研究内容如下:通过静电作用制备了枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维跨尺度增强体;通过XPS验证枝化聚乙烯亚胺与碳纤维的连结方式为化学键合;测试其表面能得知枝化聚乙烯亚胺的引入使碳纤维表面能增加了90%以上,改善了碳纤维与聚合物基体的浸润性能;结合XPS分析结果、表面能的变化趋...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 复合材料的界面理论与界面控制
1.2.1 复合材料界面理论
1.2.2 复合材料增强体与基体在界面处的结合方式
1.2.3 复合材料对界面的要求
1.3 碳纤维表面改性的研究进展
1.4 碳纤维跨尺度增强体的研究进展
1.4.1 碳纳米管接枝碳纤维跨尺度增强体
1.4.2 Zn O纳米线接枝碳纤维跨尺度增强体
1.4.3 高分子接枝碳纤维跨尺度增强体
1.5 石墨烯增强碳纤维的研究进展
1.6 聚乙烯亚胺高分子的性质及应用
1.7 本文的主要研究内容
第2章 实验材料及方法
2.1 实验材料及实验仪器
2.1.1 实验材料
2.1.2 实验所用仪器
2.2 碳纤维增强体的制备
2.2.1 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维增强体的制备
2.2.2 氧化石墨烯接枝碳纤维跨尺度增强体的制备
2.3 碳纤维增强体本体性能表征方法
2.3.1 表面形貌分析
2.3.2 表面化学状态分析
2.3.3 表面能与浸润性能分析
2.4 碳纤维增强体界面力学性能表征方法
第3章 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维跨尺度增强体的设计与界面性能研究
3.1 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维跨尺度增强体的设计
3.2 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维跨尺度增强体的形貌表征
3.3 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维跨尺度增强体的表面化学状态表征
3.3.1 碳纤维的表面氧化
3.3.2 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维跨尺度增强体
3.4 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维增强体的浸润性能表征
3.5 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维跨尺度增强体的界面力学性能研究
3.5.1 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维增强体的界面剪切强度表征
3.5.2 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维增强体的界面增强机制研究
3.6 本章小结
第4章 氧化石墨烯接枝碳纤维跨尺度增强体的制备与界面性能研究
4.1 氧化石墨烯接枝碳纤维的设计及反应参数调控
4.1.1 氧化石墨烯接枝碳纤维跨尺度增强体的设计
4.1.2 氧化石墨烯接枝碳纤维跨尺度增强体的反应控制
4.2 氧化石墨烯接枝碳纤维跨尺度增强体的表面化学状态表征
4.2.1 氧化石墨烯与枝化聚乙烯亚胺的反应方式
4.2.2 氧化石墨烯接枝碳纤维跨尺度增强体
4.3 氧化石墨烯接枝碳纤维跨尺度增强体的表面浸润性能表征
4.4 氧化石墨烯接枝碳纤维跨尺度增强体的界面力学性能分析
4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚乙烯亚胺改性氧化石墨对水中Cr（Ⅵ）的吸附[J]. 王家宏,尹小龙,吉艳芬. 无机化学学报. 2015(06)
[2]碳纤维电泳沉积碳纳米管对界面性能的影响[J]. 眭凯强,张庆波,刘丽. 材料科学与工艺. 2015(01)
[3]碳纤维/环氧复合材料界面优化研究进展[J]. 杨玲. 高科技纤维与应用. 2013(03)
[4]超临界CO2对碳纤维环氧树脂的界面性能的改善[J]. 刘魁,孟令辉,曾竟成,冯学斌. 塑料工业. 2012(10)
[5]石墨烯改性环氧树脂/碳纤维复合材料拉伸性能的研究[J]. 陈建剑,俞科静,钱坤,曹海建,郏余晨. 化工新型材料. 2012(09)
[6]碳纤维上浆剂的开发和研究进展[J]. 马刚峰,徐泽夕,常青,王新欣,刘书铖. 现代纺织技术. 2012(05)
[7]碳纳米管/碳纤维混杂多尺度增强体研究现状[J]. 曲艳双,张福华,陈曰东. 玻璃钢/复合材料. 2012(03)
[8]PAN基碳纤维表面液相氧化改性研究[J]. 袁华,王成国,卢文博,张珊,陈旸,于美杰. 航空材料学报. 2012(02)
[9]纳米TiO2对环氧树脂及碳纤维增强复合材料力学性能的影响[J]. 李伟,姜蕾蕾,黄伣丽,梁西良. 化学与黏合. 2012(02)
[10]超声氧化处理对碳纤维表面性能的影响[J]. 魏楠,王经文. 机械工程材料. 2011(11)
博士论文
[1]碳纤维表面和界面性能研究及评价[D]. 张焕侠.东华大学 2014
[2]复合材料增强体的跨尺度设计及其界面增强机制研究[D]. 彭庆宇.哈尔滨工业大学 2014
[3]聚乙烯亚胺—阴离子纤维素基吸附材料制备与性能研究[D]. 王艳.东北林业大学 2014
[4]纤维/树脂复合材料多尺度结构对力学性能的影响[D]. 屈鹏.山东大学 2012
[5]氧化石墨烯表面功能化修饰[D]. 唐秀之.北京化工大学 2012
硕士论文
[1]梳型共聚物接枝碳纤维多尺度增强体的制备及其复合材料性能研究[D]. 李晓丰.南昌航空大学 2014
[2]枝化聚乙烯亚胺改性纤维素接枝共聚物的研究[D]. 汤银川.山东大学 2013
[3]基于聚乙烯亚胺和树状大分子的纳米材料的合成、表征及生物医学应用[D]. 温诗辉.东华大学 2012
[4]国产碳纤维组织结构及其复合材料界面结构与性能表征[D]. 赵学莹.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3181697
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 复合材料的界面理论与界面控制
1.2.1 复合材料界面理论
1.2.2 复合材料增强体与基体在界面处的结合方式
1.2.3 复合材料对界面的要求
1.3 碳纤维表面改性的研究进展
1.4 碳纤维跨尺度增强体的研究进展
1.4.1 碳纳米管接枝碳纤维跨尺度增强体
1.4.2 Zn O纳米线接枝碳纤维跨尺度增强体
1.4.3 高分子接枝碳纤维跨尺度增强体
1.5 石墨烯增强碳纤维的研究进展
1.6 聚乙烯亚胺高分子的性质及应用
1.7 本文的主要研究内容
第2章 实验材料及方法
2.1 实验材料及实验仪器
2.1.1 实验材料
2.1.2 实验所用仪器
2.2 碳纤维增强体的制备
2.2.1 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维增强体的制备
2.2.2 氧化石墨烯接枝碳纤维跨尺度增强体的制备
2.3 碳纤维增强体本体性能表征方法
2.3.1 表面形貌分析
2.3.2 表面化学状态分析
2.3.3 表面能与浸润性能分析
2.4 碳纤维增强体界面力学性能表征方法
第3章 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维跨尺度增强体的设计与界面性能研究
3.1 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维跨尺度增强体的设计
3.2 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维跨尺度增强体的形貌表征
3.3 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维跨尺度增强体的表面化学状态表征
3.3.1 碳纤维的表面氧化
3.3.2 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维跨尺度增强体
3.4 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维增强体的浸润性能表征
3.5 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维跨尺度增强体的界面力学性能研究
3.5.1 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维增强体的界面剪切强度表征
3.5.2 枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维增强体的界面增强机制研究
3.6 本章小结
第4章 氧化石墨烯接枝碳纤维跨尺度增强体的制备与界面性能研究
4.1 氧化石墨烯接枝碳纤维的设计及反应参数调控
4.1.1 氧化石墨烯接枝碳纤维跨尺度增强体的设计
4.1.2 氧化石墨烯接枝碳纤维跨尺度增强体的反应控制
4.2 氧化石墨烯接枝碳纤维跨尺度增强体的表面化学状态表征
4.2.1 氧化石墨烯与枝化聚乙烯亚胺的反应方式
4.2.2 氧化石墨烯接枝碳纤维跨尺度增强体
4.3 氧化石墨烯接枝碳纤维跨尺度增强体的表面浸润性能表征
4.4 氧化石墨烯接枝碳纤维跨尺度增强体的界面力学性能分析
4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚乙烯亚胺改性氧化石墨对水中Cr（Ⅵ）的吸附[J]. 王家宏,尹小龙,吉艳芬. 无机化学学报. 2015(06)
[2]碳纤维电泳沉积碳纳米管对界面性能的影响[J]. 眭凯强,张庆波,刘丽. 材料科学与工艺. 2015(01)
[3]碳纤维/环氧复合材料界面优化研究进展[J]. 杨玲. 高科技纤维与应用. 2013(03)
[4]超临界CO2对碳纤维环氧树脂的界面性能的改善[J]. 刘魁,孟令辉,曾竟成,冯学斌. 塑料工业. 2012(10)
[5]石墨烯改性环氧树脂/碳纤维复合材料拉伸性能的研究[J]. 陈建剑,俞科静,钱坤,曹海建,郏余晨. 化工新型材料. 2012(09)
[6]碳纤维上浆剂的开发和研究进展[J]. 马刚峰,徐泽夕,常青,王新欣,刘书铖. 现代纺织技术. 2012(05)
[7]碳纳米管/碳纤维混杂多尺度增强体研究现状[J]. 曲艳双,张福华,陈曰东. 玻璃钢/复合材料. 2012(03)
[8]PAN基碳纤维表面液相氧化改性研究[J]. 袁华,王成国,卢文博,张珊,陈旸,于美杰. 航空材料学报. 2012(02)
[9]纳米TiO2对环氧树脂及碳纤维增强复合材料力学性能的影响[J]. 李伟,姜蕾蕾,黄伣丽,梁西良. 化学与黏合. 2012(02)
[10]超声氧化处理对碳纤维表面性能的影响[J]. 魏楠,王经文. 机械工程材料. 2011(11)
博士论文
[1]碳纤维表面和界面性能研究及评价[D]. 张焕侠.东华大学 2014
[2]复合材料增强体的跨尺度设计及其界面增强机制研究[D]. 彭庆宇.哈尔滨工业大学 2014
[3]聚乙烯亚胺—阴离子纤维素基吸附材料制备与性能研究[D]. 王艳.东北林业大学 2014
[4]纤维/树脂复合材料多尺度结构对力学性能的影响[D]. 屈鹏.山东大学 2012
[5]氧化石墨烯表面功能化修饰[D]. 唐秀之.北京化工大学 2012
硕士论文
[1]梳型共聚物接枝碳纤维多尺度增强体的制备及其复合材料性能研究[D]. 李晓丰.南昌航空大学 2014
[2]枝化聚乙烯亚胺改性纤维素接枝共聚物的研究[D]. 汤银川.山东大学 2013
[3]基于聚乙烯亚胺和树状大分子的纳米材料的合成、表征及生物医学应用[D]. 温诗辉.东华大学 2012
[4]国产碳纤维组织结构及其复合材料界面结构与性能表征[D]. 赵学莹.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3181697
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