超疏水碳纤维/环氧树脂复合材料的制备及性能研究
发布时间：2021-11-21 19:27
碳纤维/环氧树脂复合材料在建筑加固补强、航空航天、交通运输等领域中发挥着巨大的作用。然而由于环氧树脂具有亲水性,这使得碳纤维/环氧树脂复合材料的表面远没有达到超疏水效果。而复合材料表面的憎水性差会导致湿气的不断渗入,这严重威胁到了复合材料及其所补强建筑的使用寿命。因此本课题采用简单的浸涂法,设计并制备了耐磨、耐酸碱、自清洁的功能化超疏水碳纤维/环氧树脂复合材料。论文的主要研究内容及结论如下:（1）通过刻蚀、氨基硅油改性碳纤维,再将改性后的碳纤维浸入含有全氟乙烯丙烯共聚物（FEP）、疏水Si O2纳米颗粒和聚氨酯（PU）的环氧树脂溶液中,最终制得耐磨、自清洁、可持续疏水的碳纤维/环氧树脂复合材料。实验结果表明,当FEP和PU的含量分别为40 wt.%和6 wt.%时,复合材料表面展现出最佳的超疏水效果,其接触角为151.9±1.2°。摩擦磨损测试表明,含有40 wt.%FEP和6 wt.%PU的复合材料具有最低的磨损率0.58×10-13m3/N·m和最小的摩擦系数0.318。即使在120000圈摩擦后,复合材料表面仍保持可持续的高疏水性,其接触角为148±1.7°。同时,复合材料还在泥...
【文章来源】：东北石油大学黑龙江省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
飞机废弃碳纤维复合材料的循环利用[13]
图 1.2 双酚 A 型环氧树脂分子结构式改性碳纤维增强环氧树脂复合材料的研究进展纤维增强聚合物基复合材料是在上世纪 60 年代开始商业生产，这种复合的应用前景，特别是在航空航天、机械工程、汽车工业等领域中，其结构]。碳纤维因其高比强度、良好的导电性、热稳定性高、耐腐蚀性、自润滑复合材料的首选材料[21,22]。然而，碳纤维表面与聚合物材料之间固有的弱重影响复合材料的基本力学性能，如韧性、横向和纵向强度。因此，越来员致力于探索碳纤维与聚合物基体之间的界面结合机理。经研究表明，在工过程中，为了获得良好的界面结合力，碳纤维和基体之间必须有足够的力[23]。而由非极性的结晶石墨层构成的碳纤维展现出化学惰性，这也造成体之间界面结合性差和浸润性差[24]。因此，对纤维表面进行改性以提高其间的界面结合力迫在眉睫。
纳米管（CNTs）作为一维纳米材料，具有高强度（>150 GPa）、质量轻A）、优异的导电导热、纵横比（≈1000）等特点，是理想的高性能复合材-41]。由于其优异的特性，碳纳米管和纳米纤维作为增强材料被用于各种聚和陶瓷基体中，并促进复合材料多尺度增强[42-45]。制备碳纳米管通常采用：电弧放电，激光消融和化学气相沉积。其中气相沉积法（CVD）最为简纳米管可以实现碳纤维的表面改性，进而改善复合材料的界面结合力。harma 等[46]采用热化学气相沉积法让乙炔前驱体在碳纤维上催化分解，形和碳纳米纤维的沉积层。这些碳纳米管和纳米纤维涂覆的碳纤维被用作环的增强材料。利用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观成的纳米材料的形态，并发现碳纳米管、碳纳米纤维、长丝均匀地覆盖在纳米管的透射电镜图像如图 1.4 所示。改性碳纤维增强环氧树脂基复合材提高了 69%，拉伸试验结果表明，高真空条件和适当的催化剂前驱体的选有很大的影响，从而影响表面改性碳纤维增强树脂基复合材料的综合性能
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于聚全氟乙丙烯树脂的高性能氟涂料研究进展[J]. 钱勇,吴君毅. 有机氟工业. 2016(04)
[2]表面改性碳纤维增强树脂基复合材料研究进展[J]. 李东升,赵新辉,姬飞飚,李晓鹏. 火箭推进. 2016(02)
[3]基于聚多巴胺的表面改性方法研究现状[J]. 陶彩虹,马阜生,刘宝勇,赵萌萌. 化学通报. 2015(11)
[4]碳纤维表面处理工艺对水泥基复合材料韧性影响[J]. 王振军,高杰,魏永锋,周琳琳,盛燕萍. 长安大学学报(自然科学版). 2015(02)
[5]碳纤维表面改性研究进展[J]. 刘保英,王孝军,杨杰,丁涛. 化学研究. 2015(02)
[6]多巴胺用于表面修饰的研究进展[J]. 廉成波,郑爱隔,史新妍. 合成橡胶工业. 2014(04)
[7]偶联剂处理镀镍碳纤维/环氧树脂界面特性[J]. 熊成,付春娟,刘建华,于美,李松梅. 复合材料学报. 2013(03)
[8]碳纳米管浸润剂对碳纤维/环氧树脂界面性能的影响[J]. 樊序敏,顾轶卓,刘亚男,李敏,张佐光. 复合材料学报. 2012(04)
[9]双亲性二氧化硅纳米粒子的合成及应用[J]. 王鸿飞,李孝君,刘寰,常柏年,孙树清. 材料导报. 2011(S2)
[10]碳纤维改性及其增强环氧树脂性能的研究[J]. 徐茂伟,杜美利,杜伟,么秋香,刘静. 化工新型材料. 2011(04)
硕士论文
[1]可熔性聚四氟乙烯纤维的制备与性能表征[D]. 郭志洪.东华大学 2013
[2]氨基硅油的膜形貌、表面性能及成膜机理研究[D]. 马现奇.浙江大学 2011
[3]超疏水/超双疏界面的制备和性能研究[D]. 王建明.清华大学 2010
[4]改性环氧树脂预浸料及其耐磨性研究[D]. 张会.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：3510090
【文章来源】：东北石油大学黑龙江省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
飞机废弃碳纤维复合材料的循环利用[13]
图 1.2 双酚 A 型环氧树脂分子结构式改性碳纤维增强环氧树脂复合材料的研究进展纤维增强聚合物基复合材料是在上世纪 60 年代开始商业生产，这种复合的应用前景，特别是在航空航天、机械工程、汽车工业等领域中，其结构]。碳纤维因其高比强度、良好的导电性、热稳定性高、耐腐蚀性、自润滑复合材料的首选材料[21,22]。然而，碳纤维表面与聚合物材料之间固有的弱重影响复合材料的基本力学性能，如韧性、横向和纵向强度。因此，越来员致力于探索碳纤维与聚合物基体之间的界面结合机理。经研究表明，在工过程中，为了获得良好的界面结合力，碳纤维和基体之间必须有足够的力[23]。而由非极性的结晶石墨层构成的碳纤维展现出化学惰性，这也造成体之间界面结合性差和浸润性差[24]。因此，对纤维表面进行改性以提高其间的界面结合力迫在眉睫。
纳米管（CNTs）作为一维纳米材料，具有高强度（>150 GPa）、质量轻A）、优异的导电导热、纵横比（≈1000）等特点，是理想的高性能复合材-41]。由于其优异的特性，碳纳米管和纳米纤维作为增强材料被用于各种聚和陶瓷基体中，并促进复合材料多尺度增强[42-45]。制备碳纳米管通常采用：电弧放电，激光消融和化学气相沉积。其中气相沉积法（CVD）最为简纳米管可以实现碳纤维的表面改性，进而改善复合材料的界面结合力。harma 等[46]采用热化学气相沉积法让乙炔前驱体在碳纤维上催化分解，形和碳纳米纤维的沉积层。这些碳纳米管和纳米纤维涂覆的碳纤维被用作环的增强材料。利用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观成的纳米材料的形态，并发现碳纳米管、碳纳米纤维、长丝均匀地覆盖在纳米管的透射电镜图像如图 1.4 所示。改性碳纤维增强环氧树脂基复合材提高了 69%，拉伸试验结果表明，高真空条件和适当的催化剂前驱体的选有很大的影响，从而影响表面改性碳纤维增强树脂基复合材料的综合性能
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于聚全氟乙丙烯树脂的高性能氟涂料研究进展[J]. 钱勇,吴君毅. 有机氟工业. 2016(04)
[2]表面改性碳纤维增强树脂基复合材料研究进展[J]. 李东升,赵新辉,姬飞飚,李晓鹏. 火箭推进. 2016(02)
[3]基于聚多巴胺的表面改性方法研究现状[J]. 陶彩虹,马阜生,刘宝勇,赵萌萌. 化学通报. 2015(11)
[4]碳纤维表面处理工艺对水泥基复合材料韧性影响[J]. 王振军,高杰,魏永锋,周琳琳,盛燕萍. 长安大学学报(自然科学版). 2015(02)
[5]碳纤维表面改性研究进展[J]. 刘保英,王孝军,杨杰,丁涛. 化学研究. 2015(02)
[6]多巴胺用于表面修饰的研究进展[J]. 廉成波,郑爱隔,史新妍. 合成橡胶工业. 2014(04)
[7]偶联剂处理镀镍碳纤维/环氧树脂界面特性[J]. 熊成,付春娟,刘建华,于美,李松梅. 复合材料学报. 2013(03)
[8]碳纳米管浸润剂对碳纤维/环氧树脂界面性能的影响[J]. 樊序敏,顾轶卓,刘亚男,李敏,张佐光. 复合材料学报. 2012(04)
[9]双亲性二氧化硅纳米粒子的合成及应用[J]. 王鸿飞,李孝君,刘寰,常柏年,孙树清. 材料导报. 2011(S2)
[10]碳纤维改性及其增强环氧树脂性能的研究[J]. 徐茂伟,杜美利,杜伟,么秋香,刘静. 化工新型材料. 2011(04)
硕士论文
[1]可熔性聚四氟乙烯纤维的制备与性能表征[D]. 郭志洪.东华大学 2013
[2]氨基硅油的膜形貌、表面性能及成膜机理研究[D]. 马现奇.浙江大学 2011
[3]超疏水/超双疏界面的制备和性能研究[D]. 王建明.清华大学 2010
[4]改性环氧树脂预浸料及其耐磨性研究[D]. 张会.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：3510090
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