基于多巴胺的碳纤维表面修饰及其性能研究

发布时间：2021-09-07 16:20

　　碳纤维（CF）作为新一代高性能纤维,具有轻质、高强、高模、导电、导热等优异特性,通常用于增强树脂基复合材料。树脂与纤维界面相的微观结构与性能决定着载荷能否在基体与增强体之间均匀稳定的传递,是制备高性能复合材料的关键因素。但是CF特殊的石墨结构以及低比表面积、低表面能、化学惰性的表面特点,使其难以与聚合物形成有效的机械互锁,也很难实现充分的润湿作用和足够的化学连接,导致界面处结合力较弱,使界面相成为材料的薄弱环节,影响复合材料整体性能的提升,也限制了CF作为结构材料和功能材料的使用和性能的发挥。界面相的优化通常是通过对CF进行表面功能化处理,以调控CF表面结构和物理化学性质来实现的。本论文利用多巴胺（DA）的聚合和粘附特性,从多巴胺表面化学改性的普适性、简便性和反应性入手,发展了多巴胺共聚合和同步沉积技术。一方面,以聚多巴胺（PDA）为介导,将有机功能分子聚乙烯亚胺（PEI）引入到CF表面,用于复合材料的界面结合和结晶行为的调控;另一方面,引入纳米组分—碳纳米管（CNT）,对纤维增强体进行了不同尺度的修饰;此外,在CF基材上负载导电聚合物聚吡咯（PPy）和CNT,构建了PPy-CNT-C... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：184 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

PAN基CF的生产流程

上海交通大学博士学位论文发生芳构化反应以及分子链间的收缩和重排，无定型乱层石墨结构进一步完善和成原子排列趋向于规整，并沿纤维轴方向择优取向，逐渐转化为三维石墨网层结构，尺寸和方向在石墨化的过程中得到了很好的调整，以实现更高的碳含量（高达 99更高的杨氏模量，电导率、导热性也随之增加。图 1-2 为 PAN 基 CF 制备过程中的变化。

图 1-2 PAN 基 CF 制备过程中的化学变化[2]Fig. 1-2 Chemical reactions during the preparation of PAN-based carbon fibers温碳化和石墨化过程中，二维石墨烯片不规则堆砌（石墨片层间存在且沿纤维轴向高度取向，形成了一种二维相对有序、三维无序的“乱外，CF 呈现出显著的“皮-芯”结构（如图 1-3），芯部区域微晶尺寸较叠褶皱多、结构紊乱，而表层微晶尺寸较大、石墨条带排列有序、取[4, 5]。


本文编号：3389864