PBO纤维/环氧复合材料界面相的引入及对原子氧的防护
发布时间：2023-06-03 06:42
近年来,PBO纤维因具有优异的力学性能、热学性能以及化学稳定性而被广泛地用作先进复合材料的增强体。然而,由于PBO纤维表面光滑且呈化学惰性,与树脂基体之间的相容性较差,致使两者之间的界面结合强度较低,严重影响复合材料综合性能的发挥。当航天器在低地球轨道(Low earth orbit,LEO)运行时,用作结构材料的PBO纤维/环氧复合材料极易受到原子氧(Atomic oxygen,AO)的侵蚀,尤其是当表面的防护层失效之后,原子氧会与底层的环氧树脂发生相互作用,氧化形成大量缺陷,并通过这些缺陷进一步渗透到复合材料的界面区域,造成纤维增强体与树脂基体脱粘,从而导致复合材料的力学性能大幅下降。本文分别采用化学镀、低温水热法及化学接枝法,有针对性的在PBO纤维/环氧复合材料中引入镍磷合金、氧化锌纳米线(Zinc oxide nanowires,Zn O NWs)、有机硅-氧化石墨烯三种界面相,旨在同时有效解决界面结合强度较差和原子氧防护两大难题。采用化学镀法对PBO纤维进行改性处理,从而在复合材料中引入镍磷合金界面相。通过改变施镀温度和时间,系统地研究了施镀工艺参数、表面形貌以及界面性能三者...
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 PBO纤维的性能及应用状况
1.3 PBO纤维表面改性方法的研究进展
1.3.1 氧化处理技术
1.3.2 共聚改性处理技术
1.3.3 等离子体处理技术
1.3.4 γ 射线辐照处理技术
1.3.5 界面相引入处理技术
1.4 三种界面相材料的研究进展
1.4.1 镍磷合金镀层的性能及应用状况
1.4.2 氧化锌纳米线的性能及应用状况
1.4.3 氧化石墨烯的性能及应用状况
1.5 原子氧效应的研究进展
1.5.1 低地球轨道中的原子氧简介
1.5.2 原子氧对空间材料的作用机制及影响
1.5.3 原子氧防护方法的研究状况
1.6 本课题的主要研究内容
第2章 实验材料与实验方法
2.1 实验原料及所用仪器
2.1.1 实验主要原料
2.1.2 实验主要仪器
2.2 镀镍PBO纤维的制备
2.2.1 化学镀镍液的配制
2.2.2 PBO纤维表面预处理工艺
2.2.3 PBO纤维表面化学镀镍工艺
2.3 PBO-ZnO NWS杂化纤维的制备
2.3.1 纳米ZnO种子溶液的配制
2.3.2 PBO纤维表面氧化及羧基功能化工艺
2.3.3 PBO纤维表面生长ZnO NWs工艺
2.4 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维的制备
2.4.1 氧化石墨烯的制备
2.4.2 氧化石墨烯酰氯化处理工艺
2.4.3 PBO纤维表面氧化及羟基功能化工艺
2.4.4 PBO纤维表面有机硅-氧化石墨烯二元接枝工艺
2.5 PBO纤维本体及其复合材料性能的表征
2.5.1 PBO纤维微观结构分析
2.5.2 PBO纤维本体性能分析
2.5.3 PBO纤维/环氧复合材料性能分析
第3章 镀镍PBO纤维的制备及其复合材料界面性能的研究
3.1 引言
3.2 镀镍PBO纤维微观结构表征分析
3.2.1 镀镍PBO纤维化学组分
3.2.2 镀镍PBO纤维结晶结构
3.2.3 镀镍层结合强度
3.2.4 镀镍PBO纤维截面形貌
3.2.5 镀镍PBO纤维表面形貌
3.3 镀镍PBO纤维及其复合材料性能表征分析
3.3.1 镀镍PBO纤维单丝拉伸强度
3.3.2 镀镍PBO纤维复合材料界面剪切强度
3.3.3 热处理对镀镍层结晶结构及复合材料界面性能的影响
3.3.4 镀镍PBO纤维复合材料耐湿热老化性能
3.4 镀镍PBO纤维复合材料界面增强机制
3.4.1 镀镍PBO纤维表面粗糙度
3.4.2 镀镍PBO纤维表面能及浸润性
3.4.3 镀镍PBO纤维复合材料界面剪切断.形貌
3.5 本章小结
第4章 PBO-ZnO NWS杂化纤维的制备及其复合材料界面性能的研究
4.1 引言
4.2 PBO-ZnO NWS杂化纤维表面预处理工艺表征分析
4.2.1 PBO纤维表面氧化工艺
4.2.2 PBO纤维表面羧基功能化工艺
4.2.3 预处理工艺对ZnO NWs结合强度的影响
4.2.4 预处理工艺对PBO纤维力学性能的影响
4.3 ZnO NWS生长形貌的参数控制
4.4 PBO-ZnO NWS杂化纤维微观结构表征分析
4.4.1 PBO-ZnO NWs杂化纤维化学组分
4.4.2 PBO-ZnO NWs杂化纤维结晶结构
4.4.3 PBO-ZnO NWs杂化纤维截面形貌
4.4.4 PBO-ZnO NWs杂化纤维表面形貌
4.5 PBO-ZnO NWS杂化纤维复合材料性能表征分析
4.5.1 PBO-ZnO NWs杂化纤维复合材料界面剪切强度
4.5.2 PBO-ZnO NWs杂化纤维复合材料耐湿热老化性能
4.6 PBO-ZnO NWS杂化纤维复合材料界面增强机制
4.6.1 PBO-ZnO NWs杂化纤维表面粗糙度
4.6.2 PBO-ZnO NWs杂化纤维表面能及浸润性
4.6.3 PBO-ZnO NWs杂化纤维复合材料界面剪切断.形貌
4.7 本章小结
第5章 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维的制备及其复合材料界面性能的研究
5.1 引言
5.2 氧化石墨烯表征分析
5.2.1 氧化石墨烯的扫描电镜和透射电镜分析
5.2.2 氧化石墨烯的原子力显微镜分析
5.2.3 氧化石墨烯的红外光谱分析
5.2.4 氧化石墨烯的X射线衍射分析
5.3 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维制备工艺表征分析
5.3.1 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维的红外光谱分析
5.3.2 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维的X射线光电子能谱分析
5.4 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维微观结构表征分析
5.4.1 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维化学组分
5.4.2 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维截面形貌
5.4.3 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维表面形貌
5.5 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维及其复合材料性能表征分析
5.5.1 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维单丝拉伸强度
5.5.2 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维复合材料界面剪切强度
5.5.3 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维复合材料耐湿热老化性能
5.6 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维复合材料界面增强机制
5.6.1 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维表面粗糙度
5.6.2 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维表面能及浸润性
5.6.3 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维复合材料界面化学反应
5.6.4 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维复合材料界面剪切断.形貌
5.7 三种界面相的改性效果比较分析
5.8 本章小结
第6章 PBO纤维及其复合材料抗原子氧性能的研究
6.1 引言
6.2 PBO纤维的原子氧侵蚀行为表征分析
6.2.1 原子氧对PBO纤维表面形貌的影响
6.2.2 原子氧对PBO纤维结晶结构的影响
6.2.3 原子氧对PBO纤维表面化学组成的影响
6.3 树脂基体的原子氧侵蚀行为表征分析
6.4 三种界面相的抗原子氧侵蚀性能表征分析
6.4.1 原子氧对改性PBO纤维表面形貌的影响
6.4.2 原子氧对改性PBO纤维单丝拉伸强度的影响
6.4.3 原子氧对改性PBO纤维复合材料界面剪切强度的影响
6.5 PBO纤维/环氧复合材料界面相的原子氧防护机制
6.6 本章小结
结论
创新点
展望
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：3828835
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 PBO纤维的性能及应用状况
1.3 PBO纤维表面改性方法的研究进展
1.3.1 氧化处理技术
1.3.2 共聚改性处理技术
1.3.3 等离子体处理技术
1.3.4 γ 射线辐照处理技术
1.3.5 界面相引入处理技术
1.4 三种界面相材料的研究进展
1.4.1 镍磷合金镀层的性能及应用状况
1.4.2 氧化锌纳米线的性能及应用状况
1.4.3 氧化石墨烯的性能及应用状况
1.5 原子氧效应的研究进展
1.5.1 低地球轨道中的原子氧简介
1.5.2 原子氧对空间材料的作用机制及影响
1.5.3 原子氧防护方法的研究状况
1.6 本课题的主要研究内容
第2章 实验材料与实验方法
2.1 实验原料及所用仪器
2.1.1 实验主要原料
2.1.2 实验主要仪器
2.2 镀镍PBO纤维的制备
2.2.1 化学镀镍液的配制
2.2.2 PBO纤维表面预处理工艺
2.2.3 PBO纤维表面化学镀镍工艺
2.3 PBO-ZnO NWS杂化纤维的制备
2.3.1 纳米ZnO种子溶液的配制
2.3.2 PBO纤维表面氧化及羧基功能化工艺
2.3.3 PBO纤维表面生长ZnO NWs工艺
2.4 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维的制备
2.4.1 氧化石墨烯的制备
2.4.2 氧化石墨烯酰氯化处理工艺
2.4.3 PBO纤维表面氧化及羟基功能化工艺
2.4.4 PBO纤维表面有机硅-氧化石墨烯二元接枝工艺
2.5 PBO纤维本体及其复合材料性能的表征
2.5.1 PBO纤维微观结构分析
2.5.2 PBO纤维本体性能分析
2.5.3 PBO纤维/环氧复合材料性能分析
第3章 镀镍PBO纤维的制备及其复合材料界面性能的研究
3.1 引言
3.2 镀镍PBO纤维微观结构表征分析
3.2.1 镀镍PBO纤维化学组分
3.2.2 镀镍PBO纤维结晶结构
3.2.3 镀镍层结合强度
3.2.4 镀镍PBO纤维截面形貌
3.2.5 镀镍PBO纤维表面形貌
3.3 镀镍PBO纤维及其复合材料性能表征分析
3.3.1 镀镍PBO纤维单丝拉伸强度
3.3.2 镀镍PBO纤维复合材料界面剪切强度
3.3.3 热处理对镀镍层结晶结构及复合材料界面性能的影响
3.3.4 镀镍PBO纤维复合材料耐湿热老化性能
3.4 镀镍PBO纤维复合材料界面增强机制
3.4.1 镀镍PBO纤维表面粗糙度
3.4.2 镀镍PBO纤维表面能及浸润性
3.4.3 镀镍PBO纤维复合材料界面剪切断.形貌
3.5 本章小结
第4章 PBO-ZnO NWS杂化纤维的制备及其复合材料界面性能的研究
4.1 引言
4.2 PBO-ZnO NWS杂化纤维表面预处理工艺表征分析
4.2.1 PBO纤维表面氧化工艺
4.2.2 PBO纤维表面羧基功能化工艺
4.2.3 预处理工艺对ZnO NWs结合强度的影响
4.2.4 预处理工艺对PBO纤维力学性能的影响
4.3 ZnO NWS生长形貌的参数控制
4.4 PBO-ZnO NWS杂化纤维微观结构表征分析
4.4.1 PBO-ZnO NWs杂化纤维化学组分
4.4.2 PBO-ZnO NWs杂化纤维结晶结构
4.4.3 PBO-ZnO NWs杂化纤维截面形貌
4.4.4 PBO-ZnO NWs杂化纤维表面形貌
4.5 PBO-ZnO NWS杂化纤维复合材料性能表征分析
4.5.1 PBO-ZnO NWs杂化纤维复合材料界面剪切强度
4.5.2 PBO-ZnO NWs杂化纤维复合材料耐湿热老化性能
4.6 PBO-ZnO NWS杂化纤维复合材料界面增强机制
4.6.1 PBO-ZnO NWs杂化纤维表面粗糙度
4.6.2 PBO-ZnO NWs杂化纤维表面能及浸润性
4.6.3 PBO-ZnO NWs杂化纤维复合材料界面剪切断.形貌
4.7 本章小结
第5章 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维的制备及其复合材料界面性能的研究
5.1 引言
5.2 氧化石墨烯表征分析
5.2.1 氧化石墨烯的扫描电镜和透射电镜分析
5.2.2 氧化石墨烯的原子力显微镜分析
5.2.3 氧化石墨烯的红外光谱分析
5.2.4 氧化石墨烯的X射线衍射分析
5.3 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维制备工艺表征分析
5.3.1 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维的红外光谱分析
5.3.2 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维的X射线光电子能谱分析
5.4 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维微观结构表征分析
5.4.1 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维化学组分
5.4.2 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维截面形貌
5.4.3 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维表面形貌
5.5 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维及其复合材料性能表征分析
5.5.1 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维单丝拉伸强度
5.5.2 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维复合材料界面剪切强度
5.5.3 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维复合材料耐湿热老化性能
5.6 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维复合材料界面增强机制
5.6.1 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维表面粗糙度
5.6.2 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维表面能及浸润性
5.6.3 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维复合材料界面化学反应
5.6.4 PBO-APTMS-GO二元接枝纤维复合材料界面剪切断.形貌
5.7 三种界面相的改性效果比较分析
5.8 本章小结
第6章 PBO纤维及其复合材料抗原子氧性能的研究
6.1 引言
6.2 PBO纤维的原子氧侵蚀行为表征分析
6.2.1 原子氧对PBO纤维表面形貌的影响
6.2.2 原子氧对PBO纤维结晶结构的影响
6.2.3 原子氧对PBO纤维表面化学组成的影响
6.3 树脂基体的原子氧侵蚀行为表征分析
6.4 三种界面相的抗原子氧侵蚀性能表征分析
6.4.1 原子氧对改性PBO纤维表面形貌的影响
6.4.2 原子氧对改性PBO纤维单丝拉伸强度的影响
6.4.3 原子氧对改性PBO纤维复合材料界面剪切强度的影响
6.5 PBO纤维/环氧复合材料界面相的原子氧防护机制
6.6 本章小结
结论
创新点
展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
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