ZnO改性碳纤维/环氧复合材料制备及其电子辐照效应研究

发布时间：2022-07-09 20:52

　　碳纤维增强环氧树脂基复合材料（CF/EP复合材料）因其具有高的比强度和比模量,在航空航天、军事和民用等领域具有广泛的应用。碳纤维（CF）为类石墨结构,表面光滑,几乎没有任何官能团,不利于环氧树脂（EP）与CF间的界面结合。基于此,本论文通过原子层沉积技术（ALD）在CF表面沉积Zn O对其进行改性处理,改善CF与树脂基体间的润湿性,提升CF与EP基体界面结合强度,从而增强Zn O改性CF/EP复合材料的层间剪切性能,并探究高能电子辐照对Zn O改性CF/EP复合材料的损伤效应及机制。采用ALD技术在CF表面沉积Zn O薄膜对其进行表面改性,通过调节Zn O沉积循环周期工艺参数控制Zn O薄膜的厚度,与EP复合制备Zn O改性CF/EP复合材料;通过层间剪切强度（ILSS）测试优化Zn O改性CF/EP复合材料的制备工艺参数,并对其层间剪切性能增强机理进行了分析。研究结果表明,当Zn O沉积循环周期为20 cycle时,制备的Zn O改性CF/EP复合材料ILSS呈现最大值（76.5MPa）,相比未改性CF/EP复合材料提升了23.2%;XRD表明沉积的Zn O薄膜为六角纤锌矿晶体结构;... 

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的和意义
    1.2 碳纤维增强树脂基复合材料
        1.2.1 碳纤维概述
        1.2.2 环氧树脂概述
        1.2.3 碳纤维增强树脂基复合材料的性能与应用
    1.3 复合材料的界面
        1.3.1 碳纤维增强树脂基复合材料的界面简介
        1.3.2 碳纤维增强树脂基复合材料界面结合理论
        1.3.3 碳纤维增强树脂基复合材料的界面优化设计
        1.3.4 碳纤维表面改性
        1.3.5 ZnO在碳纤维复合材料界面改性中的应用
    1.4 高能电子辐照与材料相互作用和试验研究
        1.4.1 高能电子辐照对碳纤维复合材料的作用
        1.4.2 高能电子辐照对材料损伤的研究途径
    1.5 本文主要研究内容
第2章 实验材料和研究方法
    2.1 实验材料与仪器
        2.1.1 实验仪器与设备
        2.1.2 实验原料与试剂
    2.2 实验内容
        2.2.1 ZnO改性CF制备工艺流程
        2.2.2 ZnO改性CF/EP复合材料的制备工艺流程
        2.2.3 ZnO改性CF/EP复合材料的空间电子辐照试验
    2.3 材料测试表征方法
        2.3.1 X射线衍射分析
        2.3.2 X射线光电子能谱
        2.3.3 扫描电子显微镜
        2.3.4 傅里叶红外光谱分析
        2.3.5 表面润湿性测试
        2.3.6 力学性能测试
        2.3.7 质量损失率分析
    2.4 CASINO软件与模拟
第3章 Zn O改性CF/EP复合材料制备及其界面性能研究
    3.1 引言
    3.2 Zn O改性CF/EP复合材料制备工艺参数优化
        3.2.1 Zn O改性CF/EP复合材料制备
        3.2.2 ZnO改性CF沉积循环周期对其复合材料层间剪切性能的影响
        3.2.3 Zn O改性CF/EP复合材料层间剪切断口形貌分析
    3.3 原子层沉积ZnO改性碳纤维测试表征分析
        3.3.1 ZnO改性碳纤维晶型结构分析
        3.3.2 ZnO改性碳纤维表面微观形貌分析
        3.3.3 ZnO改性碳纤维表面化学组成分析
        3.3.4 ZnO改性碳纤维表面浸润性测试
    3.4 Zn O改性CF/EP复合材料界面性能增强机理分析
    3.5 本章小结
第4章 Zn O改性CF/EP复合材料高能电子辐照效应研究
    4.1 引言
    4.2 高能电子辐照对Zn O改性CF/EP复合材料宏观形貌的影响
    4.3 高能电子辐照对Zn O改性CF/EP复合材料质量损失率的影响
    4.4 高能电子辐照对Zn O改性CF/EP复合材料层间剪切性能影响
    4.5 Zn O改性CF/EP复合材料高能电子辐照损伤效应研究
        4.5.1 高能电子辐照下Zn O改性CF/EP复合材料断口形貌分析
        4.5.2 高能电子辐照下Zn O改性CF/EP复合材料化学组成分析
        4.5.3 Zn O改性CF/EP复合材料高能电子辐照损伤机制探讨
    4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外碳纤维复合材料及结构供应与制造现状[J]. 周震,陈少军,黄文俊,胡仁伟,程小全.  高科技纤维与应用. 2018(06)
[2]PAN基碳纤维的国内外发展现状及趋势[J]. 许深,吕佳滨,文美莲,李增俊,白琼琼.  纺织导报. 2017(10)
[3]碳纤维材料综述[J]. 付沙威,沈慧娟.  通化师范学院学报. 2012(12)
[4]碳纤维复合材料在航天领域的应用[J]. 李威,郭权锋.  中国光学. 2011(03)
[5]聚丙烯腈基碳纤维制备过程中微观结构的演变[J]. 季敏霞,王成国.  材料导报. 2007(05)
[6]先进复合材料与航空航天[J]. 杜善义.  复合材料学报. 2007(01)

博士论文
[1]含纳米组元界面相对碳纤维/环氧复合材料界面性能的影响[D]. 赵峰.哈尔滨工业大学 2011



本文编号：3657796