CNT/CF多尺度纤维固液润湿行为及其热塑性复合材料界面性能

发布时间：2024-06-15 00:57

　　碳纤维以及碳纳米管增强聚合物基复合材料因其轻质、比强度高、比模量高以及电学性能优异等优点而越来越广泛的被应用在各个领域当中。其力学性能不仅取决于增强体与基体各自固有的性能,也与复合材料各组分间的界面性能密不可分。同时,在复合材料的成型过程中,纤维与聚合物基体间的润湿性对复合材料界面的物理结合性能以及界面处孔隙缺陷的产生有极大的影响。然而作为纤维增强体,从碳纤维丝束到碳纤维单丝,从碳纳米管纤维到碳纳米管,它们与基体的固液润湿行为往往在不同尺度下同时发生,因此,高精度表征分析纤维材料在不同尺度下的润湿性对于其复合材料,尤其是热塑性聚合物基复合材料的界面性能的调控与优化具有重要的理论研究意义与工程应用价值。本文针对高性能聚合物基复合材料的研发与应用的发展需求,采用化学气相沉积法制备得到碳纳米管阵列并利用干纺法制备碳纳米管纤维;同时,采用连续化学气相沉积的方法在碳纤维表面生长碳纳米管实现对其的表面改性,制备得到碳纳米管/碳纤维多尺度纤维。对碳纤维单丝与丝束、碳纳米管纤维以及碳纳米管/碳纤维多尺度纤维的微观结构形貌进行表征分析,针对它们的多尺度结构,基于Cassie-Baxter理论建立了碳纤维...

【文章页数】：130 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1碳纤维的显微结构

大量科研工作者多年研究结果表明，碳纤维最有可能，同时也最被大众认可的微观结构为皮芯结构，如图1-1所示。尤其对于具有较高模量的聚丙烯腈基碳纤维，可在碳纤维氧化处理后的切片中清晰观察到相应的皮芯结构。碳纤维外侧皮层石墨片层结构相对致密，取向程度相对较高，然而内侧芯层的石墨片层结构....

图1-2碳纤维表面改性方法示意图及其改性前后表面的高倍数场发射扫描电子显微镜照片

哈尔滨工业大学工学博士学位论文使碳纤维增强聚合物基复合材料界面能更好的起到传递载荷的作用，就需善碳纤维的表面化学惰性，并提高碳纤维与聚合物基体间的结合作用。碳的表面改性处理方法可分为三大种类，其分别是干法表面改性处理、湿法表面改性处理以及多尺度表面改性处理，如图1-2所示。

图1-3碳纳米管结构示意图及其透射电子显微镜照片

哈尔滨工业大学工学博士学位论文合物基复合材料的界面结合强度，但同时也会在一定程度上拉伸强度。有关碳纳米管/碳纤维多尺度增强聚合物基复合在下一小节详细阐述。纤维同为碳材料的碳纳米管，是由石墨片层卷曲成管状从而的一种材料[43,44]，其石墨片层数可分为单壁、双壁和多壁碳图1-3....

图1-4碳纳米管纤维的不同放大倍数的SEM照片

第1章绪论制备碳纳米管纤维，首先将碳纳米管均匀分散在表面活性剂溶液中或者强，然后将碳纳米管分散液凝结成纤维[50,51]。干法纺丝制备碳纳米管纤维则直接从碳纳米管气凝胶或碳纳米管竖直阵列中抽取碳纳米管并纺制成碳管纤维[52,53]。其中，干法纺丝制备碳纳米管纤维因其可操作....

本文编号：3994676