碳纤维表面碳涂层的水热制备及机理研究
发布时间：2022-07-02 17:15
自碳纤维问世以来,其高比强度、高比模量及耐高温等优异性能备受人们关注。在复合材料制备过程中,碳纤维与基体材料发生反应并引起碳纤维的衰退,不能充分发挥其优异性能。在碳纤维表面制备碳涂层可以抑制碳纤维的损伤,同时还可以调控纤维与基体间的界面。针对传统制备碳涂层工艺所面临的成本较高、生产周期较长等问题,本文提出了一种采用价格低廉的葡萄糖作为碳源,利用操作简便的水热反应制备碳纤维表面碳涂层的方法,该方法具有成本低、生产周期短、绿色环保等优点。因此开展葡萄糖水热反应制备碳纤维表面碳涂层的研究具有十分重要的意义。在水热反应过程中溶液p H值、反应温度、反应时间、溶液浓度及反应次数等工艺参数对涂层质量有重要影响。当p H>3时,制备的涂层表面有球状粘附物,其中p H为7时涂层厚度为200nm左右,球状物尺寸为900nm左右。p H<2时,涂层光滑连续,涂层厚度约1μm;揭示出反应时间与反应温度存在阈值;实现了涂层厚度的按需调控,溶液浓度从6wt.%增加至30wt.%时,涂层厚度逐渐增加至1.7μm,经5次反应后涂层厚度增加至3μm左右。研究了反应后固相产物及液相产物的理化性质,揭示了强酸...
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与目的意义
1.2 碳纤维表面涂层研究现状
1.2.1 碳纤维表面涂层的制备方法
1.2.2 碳涂层的制备方法
1.2.3 纤维性能评价方法
1.3 糖类水热反应研究现状
1.4 本课题的主要研究内容
第2章 实验材料与测试方法
2.0 引言
2.1 实验材料
2.1.1 碳纤维材料
2.1.2 其他材料
2.2 实验设备
2.3 实验方法
2.3.1 碳纤维表面碳涂层的制备工艺
2.3.2 葡萄糖水热反应制备固相产物
2.4 材料分析测试方法
2.4.1 微观组织分析
2.4.2 水热固相产物收率计算
2.4.3 元素分析
2.4.4 气相色谱分析
2.4.5 材料结构分析方法
第3章 碳纤维表面涂层制备及调控研究
3.1 引言
3.2 葡萄糖溶液浸渍裂解制备碳涂层
3.3 葡萄糖水热法均匀涂层的制备及调控
3.3.1 溶液pH值对碳纤维涂层的影响
3.3.2 反应温度对碳纤维涂层的影响
3.3.3 反应时间对碳纤维涂层的影响
3.3.4 葡萄糖浓度对碳纤维涂层的影响
3.3.5 多次反应对碳纤维涂层的影响
3.4 本章小结
第4章 葡萄糖水热涂层组成结构分析及生长机理研究
4.1 引言
4.2 葡萄糖水热涂层生长机理研究
4.2.1 水热反应的异构化过程分析
4.2.2 水热反应的固相产物分析
4.2.3 水热反应的液相产物分析
4.2.4 水热反应涂层的形成
4.3 水热固相产物组成结构分析
4.3.1 水热固相产物的元素组成分析
4.3.2 水热固相产物的化学组成分析
4.3.3 水热固相产物的微观组织结构分析
4.4 水热产物热处理碳化
4.4.1 水热产物的热处理工艺确定
4.4.2 热处理后水热产物的组成结构分析
4.4.3 热处理后水热产物的微观形貌分析
4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]直径测定方法对碳纤维Weibull模数和断裂韧性参数的影响[J]. 王美玲,边文凤,姜兆春. 玻璃钢/复合材料. 2017(12)
[2]CF表面Al2O3涂层及CF/Al2O3/HA复合材料的研究[J]. 赵雪妮,何富珍,王旭东,王婉英,张靖,张黎,杨建军. 陕西科技大学学报. 2017(04)
[3]碳纤维复丝拉伸强度数据的取舍探究[J]. 邹秀娟,张洪池,王娟. 高科技纤维与应用. 2017(03)
[4]碳纤维表面电镀铜层微观形貌表征及分析[J]. 季根顺,张育铭,薛向军,刘金欣. 金属热处理. 2017(04)
[5]碳纤维丝束表面润湿性能的红外热成像法观测[J]. 陆龙生,孙佳伟,张飞翔,刘小康. 华南理工大学学报(自然科学版). 2016(05)
[6]一步活化法碳纤维表面镀铜[J]. 杨波,陈敬超,庄严. 热加工工艺. 2016(04)
[7]碳纤维表面涂层制备研究进展[J]. 张萍,邓为难. 贵州工程应用技术学院学报. 2015(06)
[8]工艺参数对CVD制备热解碳界面层厚度的影响[J]. 白龙腾,王毅,杨晓辉. 火箭推进. 2014(03)
[9]纤维树脂基复合材料微观界面性能表征方法的进展[J]. 刘政,翟哲,刘东杰,冯拉俊,刘赟姿. 纤维复合材料. 2014(02)
[10]碳纤维热氧化行为及其机理[J]. 徐翊桄,靳玉伟,张海龙,薛一萌,徐樑华. 合成纤维工业. 2010(06)
硕士论文
[1]碳纤维表面C和SiC涂层的制备及性能分析[D]. 方成.哈尔滨工业大学 2016
[2]CF表面涂层及PIP法3D-CF/SiC复合材料制备与性能研究[D]. 王静静.上海工程技术大学 2015
[3]超高分子量聚乙烯纤维表面改性及其橡胶基复合材料性能研究[D]. 李春阳.宁波大学 2015
[4]Cf表面涂层及Cf/SiBCN复合材料制备与性能[D]. 潘丽君.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3654758
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与目的意义
1.2 碳纤维表面涂层研究现状
1.2.1 碳纤维表面涂层的制备方法
1.2.2 碳涂层的制备方法
1.2.3 纤维性能评价方法
1.3 糖类水热反应研究现状
1.4 本课题的主要研究内容
第2章 实验材料与测试方法
2.0 引言
2.1 实验材料
2.1.1 碳纤维材料
2.1.2 其他材料
2.2 实验设备
2.3 实验方法
2.3.1 碳纤维表面碳涂层的制备工艺
2.3.2 葡萄糖水热反应制备固相产物
2.4 材料分析测试方法
2.4.1 微观组织分析
2.4.2 水热固相产物收率计算
2.4.3 元素分析
2.4.4 气相色谱分析
2.4.5 材料结构分析方法
第3章 碳纤维表面涂层制备及调控研究
3.1 引言
3.2 葡萄糖溶液浸渍裂解制备碳涂层
3.3 葡萄糖水热法均匀涂层的制备及调控
3.3.1 溶液pH值对碳纤维涂层的影响
3.3.2 反应温度对碳纤维涂层的影响
3.3.3 反应时间对碳纤维涂层的影响
3.3.4 葡萄糖浓度对碳纤维涂层的影响
3.3.5 多次反应对碳纤维涂层的影响
3.4 本章小结
第4章 葡萄糖水热涂层组成结构分析及生长机理研究
4.1 引言
4.2 葡萄糖水热涂层生长机理研究
4.2.1 水热反应的异构化过程分析
4.2.2 水热反应的固相产物分析
4.2.3 水热反应的液相产物分析
4.2.4 水热反应涂层的形成
4.3 水热固相产物组成结构分析
4.3.1 水热固相产物的元素组成分析
4.3.2 水热固相产物的化学组成分析
4.3.3 水热固相产物的微观组织结构分析
4.4 水热产物热处理碳化
4.4.1 水热产物的热处理工艺确定
4.4.2 热处理后水热产物的组成结构分析
4.4.3 热处理后水热产物的微观形貌分析
4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]直径测定方法对碳纤维Weibull模数和断裂韧性参数的影响[J]. 王美玲,边文凤,姜兆春. 玻璃钢/复合材料. 2017(12)
[2]CF表面Al2O3涂层及CF/Al2O3/HA复合材料的研究[J]. 赵雪妮,何富珍,王旭东,王婉英,张靖,张黎,杨建军. 陕西科技大学学报. 2017(04)
[3]碳纤维复丝拉伸强度数据的取舍探究[J]. 邹秀娟,张洪池,王娟. 高科技纤维与应用. 2017(03)
[4]碳纤维表面电镀铜层微观形貌表征及分析[J]. 季根顺,张育铭,薛向军,刘金欣. 金属热处理. 2017(04)
[5]碳纤维丝束表面润湿性能的红外热成像法观测[J]. 陆龙生,孙佳伟,张飞翔,刘小康. 华南理工大学学报(自然科学版). 2016(05)
[6]一步活化法碳纤维表面镀铜[J]. 杨波,陈敬超,庄严. 热加工工艺. 2016(04)
[7]碳纤维表面涂层制备研究进展[J]. 张萍,邓为难. 贵州工程应用技术学院学报. 2015(06)
[8]工艺参数对CVD制备热解碳界面层厚度的影响[J]. 白龙腾,王毅,杨晓辉. 火箭推进. 2014(03)
[9]纤维树脂基复合材料微观界面性能表征方法的进展[J]. 刘政,翟哲,刘东杰,冯拉俊,刘赟姿. 纤维复合材料. 2014(02)
[10]碳纤维热氧化行为及其机理[J]. 徐翊桄,靳玉伟,张海龙,薛一萌,徐樑华. 合成纤维工业. 2010(06)
硕士论文
[1]碳纤维表面C和SiC涂层的制备及性能分析[D]. 方成.哈尔滨工业大学 2016
[2]CF表面涂层及PIP法3D-CF/SiC复合材料制备与性能研究[D]. 王静静.上海工程技术大学 2015
[3]超高分子量聚乙烯纤维表面改性及其橡胶基复合材料性能研究[D]. 李春阳.宁波大学 2015
[4]Cf表面涂层及Cf/SiBCN复合材料制备与性能[D]. 潘丽君.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3654758
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