热解炭/PAMAM接枝改性炭纤维及其环氧复合材料性能
发布时间：2023-03-07 15:04
作为一种增强材料,炭纤维具有优异的力学性能、高比强度和模量、低密度和热膨胀系数、耐热性及化学稳定性,为研究人员开发高性能复合材料提供了动力。目前,炭纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)被广泛应用于航空航天,体育用品以及新能源等领域中。但炭纤维表面状态光滑并呈现化学惰性,使其与聚合物基体间的界面结合性能较差,导致复合材料难以发挥其优异的综合性能,因此需要采用化学或物理等方法对其进行表征改性,以期提高炭纤维表面活性,从而促进界面结合强度。目前很多表面处理方式都会或多或少的对炭纤维本体的拉伸强度造成损伤,使其不能与提高复合材料界面粘结强度兼得。本文以先进聚合物基复合材料中常用的炭纤维/环氧复合材料为研究对象,根据炭纤维表面结构特点,采用多种改性方法相结合的方式,并选取了不同代数的PAMAM树枝状大分子,通过常压等离子体、乙醇热解炭沉积和化学反应接枝PAMAM树枝状大分子法对炭纤维表面进行处理,达到了增强炭纤维本体强度的同时又提高炭纤维/环氧复合材料界面性能的良好改性效果。为提高炭纤维本体强度,采用热解炭沉积结合等离子体处理两步法对炭纤维进行表面改性,通过分析炭纤维表面形貌、本体强度及其对复合...
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及目的意义
1.2 热解炭沉积技术的研究现状
1.3 PAMAM树枝状大分子的研究进展
1.3.1 PAMAM树枝状大分子概述
1.3.2 PAMAM树枝状大分子的结构与性质
1.3.3 PAMAM在复合材料改性领域的应用及研究现状
1.4 炭纤维增强聚合物基复合材料界面的研究进展
1.4.1 炭纤维增强聚合物基复合材料的界面改性
1.4.2 炭纤维增强聚合物基复合材料的界面表征
1.4.3 炭纤维的分子组装和分子动力学模拟
1.5 本文主要研究内容
第2章 实验材料与实验方法
2.1 实验原料及实验设备
2.1.1 实验原料与试剂
2.1.2 实验设备
2.2 炭纤维表面修饰
2.2.1 炭纤维表面预处理
2.2.2 炭纤维表面氧化处理
2.2.3 炭纤维常压等离子体处理
2.2.4 炭纤维乙醇热解炭处理
2.2.5 炭纤维表面接枝PAMAM树枝状大分子
2.3 炭纤维表面及其本体性能的表征
2.3.1 炭纤维表面形貌分析
2.3.2 炭纤维表面元素及官能团分析
2.3.3 炭纤维浸润性及接触角分析
2.3.4 炭纤维单丝拉伸强度测定
2.4 炭纤维/环氧树脂复合材料界面性能表征
2.4.1 复合材料界面剪切强度测定
2.4.2 复合材料界面剪切破坏形貌分析
2.4.3 炭纤维/环氧树脂复合材料耐湿热老化性能分析
2.4.4 复合材料界面微区相对硬度测试
2.4.5 复合材料纳米压痕硬度测试
2.4.6 炭纤维/环氧界面相互作用能模拟计算方法
第3章 乙醇热解炭对炭纤维及其复合材料界面性能的影响
3.1 乙醇热解处理炭纤维的沉积时间选择
3.1.1 不同沉积时间对炭纤维表面形貌的影响
3.1.2 不同沉积时间对炭纤维表面粗糙度的影响
3.1.3 不同沉积时间对炭纤维本体强度的影响
3.1.4 不同沉积时间对炭纤维复合材料界面剪切强度的影响
3.1.5 不同沉积时间处理后炭纤维/环氧复合材料断口形貌变化
3.2 等离子体处理炭纤维表面
3.2.1 不同等离子体处理时间对炭纤维拉伸强度的影响
3.2.2 不同等离子体处理时间对炭纤维表面形貌的影响
3.2.3 不同等离子体处理时间对炭纤维表面元素的影响
3.3 等离子体结合乙醇热解炭沉积处理炭纤维表面
3.3.1 等离子体结合热解炭处理法对复合材料IFSS影响
3.3.2 等离子体结合碳沉积处理后炭纤维复合材料断口形貌变化
3.3.3 等离子体结合碳沉积处理对炭纤维表面形貌的影响
3.3.4 等离子体结合碳沉积处理对炭纤维表面元素的影响
3.3.5 等离子体结合碳沉积处理对炭纤维本体强度的影响
3.4 本章小结
第4章 PAMAM接枝对炭纤维及其复合材料界面性能的影响
4.1 不同PAMAM代数接枝对炭纤维/环氧复合材料界面性能的影响
4.1.1 不同PAMAM代数接枝后复合材料界面剪切强度
4.1.2 不同PAMAM代数接枝后复合材料界面剪切破坏形貌分析
4.1.3 不同PAMAM代数接枝后复合材料耐湿热老化性能分析
4.2 不同PAMAM代数接枝对炭纤维表面形貌的影响
4.2.1 不同PAMAM代数接枝后炭纤维表面SEM形貌
4.2.2 不同PAMAM代数接枝后炭纤维表面AFM形貌
4.3 不同PAMAM代数接枝对炭纤维表面元素的影响
4.3.1 炭纤维表面X-射线光电子能谱分析
4.3.2 炭纤维表面红外光谱分析
4.4 不同PAMAM代数接枝对炭纤维表面能的影响
4.5 不同PAMAM代数接枝对炭纤维本体强度的影响
4.6 PAMAM接枝对复合材料界面结合能影响的分子动力学模拟
4.6.1 单层石墨结构模型构建
4.6.2 分子结构优化和界面结合能
4.7 本章小结
第5章 热解炭结合PAMAM接枝对炭纤维表面及界面性能的影响
5.1 热解炭结合PAMAM接枝对炭纤维单丝拉伸强度的影响
5.2 热解炭结合PAMAM接枝对复合材料界面剪切强度影响
5.3 热解炭结合PAMAM接枝对炭纤维表面形貌的影响
5.3.1 热解炭结合PAMAM接枝后炭纤维表面SEM形貌
5.3.2 热解炭结合PAMAM接枝后炭纤维表面AFM形貌
5.4 热解炭结合PAMAM接枝后炭纤维极性基团及浸润性
5.4.1 热解炭结合PAMAM接枝对炭纤维表面元素的影响
5.4.2 热解炭结合PAMAM接枝对炭纤维表面能的影响
5.4.3 热解炭结合PAMAM接枝对炭纤维浸润性的影响
5.5 炭纤维表面热解炭层石墨结构和模量
5.5.1 炭纤维表面热解炭层结构分析
5.5.2 炭纤维复合材料界面区机械性能的原子力显微镜研究
5.5.3 炭纤维/环氧复合材料纳米压痕测试分析
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3757545
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及目的意义
1.2 热解炭沉积技术的研究现状
1.3 PAMAM树枝状大分子的研究进展
1.3.1 PAMAM树枝状大分子概述
1.3.2 PAMAM树枝状大分子的结构与性质
1.3.3 PAMAM在复合材料改性领域的应用及研究现状
1.4 炭纤维增强聚合物基复合材料界面的研究进展
1.4.1 炭纤维增强聚合物基复合材料的界面改性
1.4.2 炭纤维增强聚合物基复合材料的界面表征
1.4.3 炭纤维的分子组装和分子动力学模拟
1.5 本文主要研究内容
第2章 实验材料与实验方法
2.1 实验原料及实验设备
2.1.1 实验原料与试剂
2.1.2 实验设备
2.2 炭纤维表面修饰
2.2.1 炭纤维表面预处理
2.2.2 炭纤维表面氧化处理
2.2.3 炭纤维常压等离子体处理
2.2.4 炭纤维乙醇热解炭处理
2.2.5 炭纤维表面接枝PAMAM树枝状大分子
2.3 炭纤维表面及其本体性能的表征
2.3.1 炭纤维表面形貌分析
2.3.2 炭纤维表面元素及官能团分析
2.3.3 炭纤维浸润性及接触角分析
2.3.4 炭纤维单丝拉伸强度测定
2.4 炭纤维/环氧树脂复合材料界面性能表征
2.4.1 复合材料界面剪切强度测定
2.4.2 复合材料界面剪切破坏形貌分析
2.4.3 炭纤维/环氧树脂复合材料耐湿热老化性能分析
2.4.4 复合材料界面微区相对硬度测试
2.4.5 复合材料纳米压痕硬度测试
2.4.6 炭纤维/环氧界面相互作用能模拟计算方法
第3章 乙醇热解炭对炭纤维及其复合材料界面性能的影响
3.1 乙醇热解处理炭纤维的沉积时间选择
3.1.1 不同沉积时间对炭纤维表面形貌的影响
3.1.2 不同沉积时间对炭纤维表面粗糙度的影响
3.1.3 不同沉积时间对炭纤维本体强度的影响
3.1.4 不同沉积时间对炭纤维复合材料界面剪切强度的影响
3.1.5 不同沉积时间处理后炭纤维/环氧复合材料断口形貌变化
3.2 等离子体处理炭纤维表面
3.2.1 不同等离子体处理时间对炭纤维拉伸强度的影响
3.2.2 不同等离子体处理时间对炭纤维表面形貌的影响
3.2.3 不同等离子体处理时间对炭纤维表面元素的影响
3.3 等离子体结合乙醇热解炭沉积处理炭纤维表面
3.3.1 等离子体结合热解炭处理法对复合材料IFSS影响
3.3.2 等离子体结合碳沉积处理后炭纤维复合材料断口形貌变化
3.3.3 等离子体结合碳沉积处理对炭纤维表面形貌的影响
3.3.4 等离子体结合碳沉积处理对炭纤维表面元素的影响
3.3.5 等离子体结合碳沉积处理对炭纤维本体强度的影响
3.4 本章小结
第4章 PAMAM接枝对炭纤维及其复合材料界面性能的影响
4.1 不同PAMAM代数接枝对炭纤维/环氧复合材料界面性能的影响
4.1.1 不同PAMAM代数接枝后复合材料界面剪切强度
4.1.2 不同PAMAM代数接枝后复合材料界面剪切破坏形貌分析
4.1.3 不同PAMAM代数接枝后复合材料耐湿热老化性能分析
4.2 不同PAMAM代数接枝对炭纤维表面形貌的影响
4.2.1 不同PAMAM代数接枝后炭纤维表面SEM形貌
4.2.2 不同PAMAM代数接枝后炭纤维表面AFM形貌
4.3 不同PAMAM代数接枝对炭纤维表面元素的影响
4.3.1 炭纤维表面X-射线光电子能谱分析
4.3.2 炭纤维表面红外光谱分析
4.4 不同PAMAM代数接枝对炭纤维表面能的影响
4.5 不同PAMAM代数接枝对炭纤维本体强度的影响
4.6 PAMAM接枝对复合材料界面结合能影响的分子动力学模拟
4.6.1 单层石墨结构模型构建
4.6.2 分子结构优化和界面结合能
4.7 本章小结
第5章 热解炭结合PAMAM接枝对炭纤维表面及界面性能的影响
5.1 热解炭结合PAMAM接枝对炭纤维单丝拉伸强度的影响
5.2 热解炭结合PAMAM接枝对复合材料界面剪切强度影响
5.3 热解炭结合PAMAM接枝对炭纤维表面形貌的影响
5.3.1 热解炭结合PAMAM接枝后炭纤维表面SEM形貌
5.3.2 热解炭结合PAMAM接枝后炭纤维表面AFM形貌
5.4 热解炭结合PAMAM接枝后炭纤维极性基团及浸润性
5.4.1 热解炭结合PAMAM接枝对炭纤维表面元素的影响
5.4.2 热解炭结合PAMAM接枝对炭纤维表面能的影响
5.4.3 热解炭结合PAMAM接枝对炭纤维浸润性的影响
5.5 炭纤维表面热解炭层石墨结构和模量
5.5.1 炭纤维表面热解炭层结构分析
5.5.2 炭纤维复合材料界面区机械性能的原子力显微镜研究
5.5.3 炭纤维/环氧复合材料纳米压痕测试分析
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3757545
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