热解碳与碳纳米管对碳纤维/碳化硅复合材料界面改性的研究
发布时间：2023-11-11 13:51
碳纤维/碳化硅复合材料具有轻质高强、耐高温、抗热震性等优异性能,可以取代传统的高温合金作为高温结构材料应用于航空航天领域。先驱体浸渍与热解法制备碳纤维/碳化硅复合材料,由于具有近净成型而且低成本的优势,近20年来受到了广泛的关注。界面层对碳纤维/碳化硅复合材料力学性能影响很大。大量的研究工作表明热解碳层以及碳纳米管引入复合材料界面通过调整适中的界面结合强度从而有效提高复合材料的强度和韧性。热解碳层是通过化学气相浸渍法制备,其厚度可控且结构有序,但是这种方法能耗大、成本高且不易控制,因而有必要探索一种低成本的制备方法。碳纳米管的分散均匀性是保证其具有强韧化效果的关键因素,但是商用的表面活性剂很难取得良好的分散碳纳米管的效果,因此需要合成一种具有优异分散性能的表面活性剂。其次,碳纳米管对碳纤维/碳化硅复合材料改性的研究缺乏系统性。本论文主要围绕解决以上问题开展工作,主要研究内容如下。探索了以酚醛树脂为原料,通过酚醛树脂溶液浸渍与热解法在碳纤维表面制备了热解碳层,实现了低成本热解碳层的制备。然而,直接在纤维表面制备的热解碳层不均匀且不完整,对碳纤维/碳化硅复合材料性能提高有限。通过调节碳纤维...
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 碳纤维/碳化硅复合材料的研究背景和现状
1.1.1 碳纤维/碳化硅复合材料的应用
1.1.2 碳纤维/碳化硅复合材料的制备方法
1.1.3 碳纤维/碳化硅复合材料的界面特性
1.1.4 碳纤维/碳化硅复合材料的破坏规律
1.2 酚醛热解碳的研究现状
1.3 碳纳米管悬浮液分散性的研究现状
1.3.1 表面活性剂分散碳纳米管
1.3.2 化学改性法分散碳纳米管
1.3.3 表面活性剂结合化学改性法分散碳纳米管
1.4 本论文研究内容
第2章 实验材料与方法
2.1 实验原料与材料制备
2.2 表征方法
2.3 性能测试
2.3.1 碳纤维单丝拉伸强度
2.3.2 碳纤维与酚醛溶液的润湿性
2.3.3 碳纤维/碳化硅丝束复合材料密度和孔隙率
2.3.4 碳纤维/碳化硅丝束复合材料的拉伸强度
第3章 PIP工艺对碳纤维/碳化硅复合材料力学性能影响的研究
3.1 引言
3.2 聚碳硅烷(PCS)的热解处理与分析
3.3 PCS氧化对碳纤维造成损伤的研究
3.3.1 PCS的氧化处理
3.3.2 PCS中氧含量与其结合方式的表征
3.3.3 PCS中氧含量对碳纤维/碳化硅复合材料性能的影响
3.4 碳纤维/碳化硅复合材料PIP法制备各阶段的性能机理探究
3.4.1 碳纤维/碳化硅复合材料的物化性能评价
3.4.2 碳纤维/碳化硅复合材料制备过程的物理损伤研究
3.4.3 碳纤维/碳化硅复合材料制备过程的化学损伤研究
3.5 本章小结
第4章 热解碳界面层对碳纤维/热解碳复合材料力学性能影响的研究
4.1 引言
4.2 酚醛热解碳的研究
4.2.1 碳纤维表面酚醛碳的制备与表征
4.2.2 碳纤维表面化学改性与表征
4.2.3 碳纤维表面酚醛碳的形貌调控与表征
4.3 碳纤维/碳化硅复合材料的拉伸性能测试与分析
4.3.1 碳纤维/碳化硅复合材料的拉伸强度分析
4.3.2 碳纤维/碳化硅复合材料的断裂功分析
4.4 碳纤维/碳化硅复合材料的拉伸断裂形貌与性能机理分析
4.5 本章小结
第5章 碳纳米管水悬浮液的制备与其分散性表征
5.1 引言
5.2 碳纳米管表面活性剂的研究
5.2.1 碳纳米管表面活性剂的制备
5.2.2 碳纳米管表面活性剂的表征
5.3 紫外可见光吸收表征碳纳米管分散性的研究
5.3.1 碳纳米管摩尔消光系数的测定
5.3.2 超声时间对碳纳米管分散性的影响
5.3.3 表面活性剂对碳纳米管分散性的影响
5.3.4 碳纳米管浓度对其分散性的影响
5.4 电镜表征碳纳米管分散性的研究
5.4.1 不同表面活性剂分散的MWCNTS的微观形貌观察
5.4.2 碳纳米管/碳纤维的形貌观察
5.5 碳纳米管结构的表征
5.6 本章小结
第6章 碳纳米管对碳纤维/热解碳/碳化硅复合材料界面改性的研究
6.1 引言
6.2 碳纤维/热解碳/碳化硅复合材料的制备
6.2.1 碳纳米管在复合材料界面的引入
6.2.2 碳纤维/热解碳/碳化硅复合材料的界面设计
6.3 碳纤维/热解碳/碳化硅复合材料的拉伸性能测试与分析
6.3.1 碳纤维/热解碳/碳化硅复合材料的拉伸强度分析
6.3.2 碳纤维/碳化硅复合材料的断裂功分析
6.4 碳纤维/碳化硅复合材料的拉伸断裂形貌与性能机理分析
6.5 本章小结
第7章 结论与展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3862666
【文章页数】：116 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 碳纤维/碳化硅复合材料的研究背景和现状
1.1.1 碳纤维/碳化硅复合材料的应用
1.1.2 碳纤维/碳化硅复合材料的制备方法
1.1.3 碳纤维/碳化硅复合材料的界面特性
1.1.4 碳纤维/碳化硅复合材料的破坏规律
1.2 酚醛热解碳的研究现状
1.3 碳纳米管悬浮液分散性的研究现状
1.3.1 表面活性剂分散碳纳米管
1.3.2 化学改性法分散碳纳米管
1.3.3 表面活性剂结合化学改性法分散碳纳米管
1.4 本论文研究内容
第2章 实验材料与方法
2.1 实验原料与材料制备
2.2 表征方法
2.3 性能测试
2.3.1 碳纤维单丝拉伸强度
2.3.2 碳纤维与酚醛溶液的润湿性
2.3.3 碳纤维/碳化硅丝束复合材料密度和孔隙率
2.3.4 碳纤维/碳化硅丝束复合材料的拉伸强度
第3章 PIP工艺对碳纤维/碳化硅复合材料力学性能影响的研究
3.1 引言
3.2 聚碳硅烷(PCS)的热解处理与分析
3.3 PCS氧化对碳纤维造成损伤的研究
3.3.1 PCS的氧化处理
3.3.2 PCS中氧含量与其结合方式的表征
3.3.3 PCS中氧含量对碳纤维/碳化硅复合材料性能的影响
3.4 碳纤维/碳化硅复合材料PIP法制备各阶段的性能机理探究
3.4.1 碳纤维/碳化硅复合材料的物化性能评价
3.4.2 碳纤维/碳化硅复合材料制备过程的物理损伤研究
3.4.3 碳纤维/碳化硅复合材料制备过程的化学损伤研究
3.5 本章小结
第4章 热解碳界面层对碳纤维/热解碳复合材料力学性能影响的研究
4.1 引言
4.2 酚醛热解碳的研究
4.2.1 碳纤维表面酚醛碳的制备与表征
4.2.2 碳纤维表面化学改性与表征
4.2.3 碳纤维表面酚醛碳的形貌调控与表征
4.3 碳纤维/碳化硅复合材料的拉伸性能测试与分析
4.3.1 碳纤维/碳化硅复合材料的拉伸强度分析
4.3.2 碳纤维/碳化硅复合材料的断裂功分析
4.4 碳纤维/碳化硅复合材料的拉伸断裂形貌与性能机理分析
4.5 本章小结
第5章 碳纳米管水悬浮液的制备与其分散性表征
5.1 引言
5.2 碳纳米管表面活性剂的研究
5.2.1 碳纳米管表面活性剂的制备
5.2.2 碳纳米管表面活性剂的表征
5.3 紫外可见光吸收表征碳纳米管分散性的研究
5.3.1 碳纳米管摩尔消光系数的测定
5.3.2 超声时间对碳纳米管分散性的影响
5.3.3 表面活性剂对碳纳米管分散性的影响
5.3.4 碳纳米管浓度对其分散性的影响
5.4 电镜表征碳纳米管分散性的研究
5.4.1 不同表面活性剂分散的MWCNTS的微观形貌观察
5.4.2 碳纳米管/碳纤维的形貌观察
5.5 碳纳米管结构的表征
5.6 本章小结
第6章 碳纳米管对碳纤维/热解碳/碳化硅复合材料界面改性的研究
6.1 引言
6.2 碳纤维/热解碳/碳化硅复合材料的制备
6.2.1 碳纳米管在复合材料界面的引入
6.2.2 碳纤维/热解碳/碳化硅复合材料的界面设计
6.3 碳纤维/热解碳/碳化硅复合材料的拉伸性能测试与分析
6.3.1 碳纤维/热解碳/碳化硅复合材料的拉伸强度分析
6.3.2 碳纤维/碳化硅复合材料的断裂功分析
6.4 碳纤维/碳化硅复合材料的拉伸断裂形貌与性能机理分析
6.5 本章小结
第7章 结论与展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3862666
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