碳纤维改性及其车用复合材料力学性能的研究

发布时间：2017-06-15 15:09

  本文关键词：碳纤维改性及其车用复合材料力学性能的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：碳纤维因具有比强度高、比模量高、耐低温、质量轻等优良特性,成为近些年来树脂基复合材料最重要的增强材料,其复合材料广泛应用于航空航天、轨道交通、体育器材等领域。但未处理的碳纤维表面呈疏水性,存在比表面积小、活性比表面积小、表面边缘活性碳原子数目少、表面能低等缺点,与树脂基体之间的粘结性能较差,因此需要对碳纤维进行表面改性。设计用电聚合方法改性碳纤维,分别采用丙烯酸、丙烯酰胺、己内酰胺和苯胺为聚合单体,通过循环伏安扫描在碳纤维表面生成聚合物层。电聚合实验采用三电极体系,碳纤维为工作电极,铂电极为对比电极,饱和甘汞电极为参比电极。在扫描电位范围为-1V~1V、起始扫描电位为-1V、扫描速率为0.1V/s、灵敏度为10-3A/V的条件下,分别在丙烯酸0.3mol/L、循环15次,丙烯酰胺0.2mol/L、循环5次,己内酰胺0.1mol/L、循环10次,苯胺0.2mol/L、循环10次时,获得该单体的较佳改性浓度及循环次数。红外光谱检测结果表明,分别在2680cm-1附近出现丙烯酸—COOH特征吸收峰,1680~1650cm-1之间出现强度很弱的丙烯酰胺NH面内弯曲振动吸收峰,1650、1630和1590cm-1出现己内酰胺NH2的变角振动吸收峰,1340、1315和1265cm-1出现苯胺C—N的伸缩振动吸收峰。能谱测试结果表明,碳纤维表面O含量分别增加15.96%、9.36%、1.69%和4.09%,苯胺改性碳纤维N含量增加了1.68%。SEM测试观测改性后碳纤维表面形态,丙烯酸产物呈圆片状,颗粒分散较均匀,部分聚合物出现团聚;丙烯酰胺产物以方形小颗粒为主,产物生成量较少,颗粒分布不均匀;己内酰胺产物以块状颗粒为主,部分区域出现层状产物,包覆在碳纤维表面;苯胺产物呈短棒状,均匀分布在碳纤维表面,聚合物层厚度均匀、结构紧密。以E-51环氧树脂与聚酰胺树脂配比为2:1(质量比)制备碳纤维/环氧树脂复合材料,添加不同处理条件改性的碳纤维,碳纤维添加量为5%(体积分数)。力学性能测试结果表明,ILSS由10.50MPa分别增加到23.44、15.56、26.96和42.66MPa,分别提高123.21、48.21、156.70和306.25%。
【关键词】：碳纤维 电聚合 循环伏安法 己内酰胺 苯胺
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 前言10-26
• 1.1 概述10
• 1.2 碳纤维表面处理国内外研究现状及发展趋势10-18
• 1.2.1 碳纤维表面特点及改性目的10-11
• 1.2.2 碳纤维表面处理研究现状11-18
• 1.3 电聚合反应18-23
• 1.3.1 电聚合的原理19-21
• 1.3.2 电聚合的类型21-22
• 1.3.3 电聚合改性碳纤维研究现状22-23
• 1.4 碳纤维/环氧树脂复合材料23-25
• 1.4.1 碳纤维/环氧树脂复合材料简介23
• 1.4.2 碳纤维/环氧树脂复合材料研究现状23-24
• 1.4.3 碳纤维/环氧树脂复合材料发展趋势24-25
• 1.5 本文研究目的与意义25-26
• 第2章 实验部分26-30
• 2.1 实验药品与仪器26-27
• 2.2 实验方法27-28
• 2.2.1 预处理27
• 2.2.2 电聚合27-28
• 2.2.3 碳纤维/环氧树脂复合材料的制备28
• 2.2.4 实验流程28
• 2.3 性能测定与表征28-30
• 2.3.1 循环伏安28
• 2.3.2 红外光谱28
• 2.3.3 能谱28-29
• 2.3.4 微观形貌29
• 2.3.5 力学性能29-30
• 第3章 结果与讨论30-63
• 3.1 碳纤维表面的循环伏安分析30-47
• 3.1.1 预处理对碳纤维表面合成条件的影响30-32
• 3.1.2 丙烯酸电解液对碳纤维表面合成条件的影响32-35
• 3.1.3 丙烯酰胺电解液对碳纤维表面合成条件的影响35-39
• 3.1.4 己内酰胺电解液对碳纤维表面合成条件的影响39-43
• 3.1.5 苯胺电解液对碳纤维表面合成条件的影响43-47
• 3.2 碳纤维表面的结构及反应机理分析47-52
• 3.2.1 电聚合产物的结构分析47-50
• 3.2.2 电聚合机理分析50-52
• 3.3 能谱分析52-53
• 3.4 碳纤维表面微观形貌分析53-57
• 3.4.1 未处理碳纤维的微观形貌图53
• 3.4.2 丙烯酸电聚合改性碳纤维的微观形貌图53-54
• 3.4.3 丙烯酰胺电聚合改性碳纤维的微观形貌图54-55
• 3.4.4 己内酰胺电聚合改性碳纤维的微观形貌图55-56
• 3.4.5 苯胺电聚合改性碳纤维的微观形貌图56-57
• 3.5 力学性能分析57-60
• 3.5.1 丙烯酸电聚合改性碳纤维/环氧树脂复合材料57-58
• 3.5.2 丙烯酰胺电聚合改性碳纤维/环氧树脂复合材料58-59
• 3.5.3 己内酰胺电聚合改性碳纤维/环氧树脂复合材料59
• 3.5.4 苯胺电聚合改性碳纤维/环氧树脂复合材料59-60
• 3.6 复合材料微观形貌分析60-63
• 3.6.1 未处理碳纤维/环氧树脂复合材料的微观形貌图60-61
• 3.6.2 丙烯酸改性碳纤维/环氧树脂复合材料的微观形貌图61
• 3.6.3 丙烯酰胺改性碳纤维/环氧树脂复合材料的微观形貌图61
• 3.6.4 己内酰胺改性碳纤维/环氧树脂复合材料的微观形貌图61-62
• 3.6.5 苯胺改性碳纤维/环氧树脂复合材料的微观形貌图62-63
• 第4章 结论63-64
• 参考文献64-68
• 在学研究成果68-69
• 致谢69

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本文编号：452755