上胶剂对T800碳纤维表面的浸润性及其复合材料界面性能的影响

发布时间：2017-08-17 20:25

  本文关键词：上胶剂对T800碳纤维表面的浸润性及其复合材料界面性能的影响

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【摘要】：碳纤维增强复合材料由碳纤维、基体以及界面相三部分构成,在碳纤维表面有一层上胶剂,上胶剂既能与碳纤维表面发生物理化学反应,也可以与基体树脂产生化学反应,在碳纤维与树脂基体之间形成过渡相,对碳纤维复合材料的力学性能起着重要作用。本文旨在研究碳纤维表面上胶剂层的变化(表面热处理和引入纳米粒子)对其增强环氧复合材料的界面性能影响。首先,选择两种含有不同上胶剂的日本东丽T800碳纤维(T800-1,T800-2),对其进行不同温度(80℃,120℃,160℃,200℃)的表面热处理,采用SEM、XPS和接触角测试等分析手段研究热处理对碳纤维表面物理和化学结构的变化及其增强环氧复合材料界面性能的影响。研究结果表明,两种碳纤维表面的上胶剂在热处理条件下均呈现一定的反应性,T800-1碳纤维表面上胶剂中因含有少量的氨基,在热处理条件下呈现更明显的反应性,并且随着热处理温度的增加,其表面残留的上胶剂固含量一直上升,复合材料的层间剪切强度也逐步提高,而T800-2碳纤维在200℃℃热处理后,纤维表面残留的固含量以及复合材料的层间剪切强度均出现骤降。其次,选择国产T800碳纤维(T800-3),对其表面分别涂覆添加不同含量的Tempo和Cationic纤维素纳米晶(CNC)的上胶剂,研究CNC的引入对T800碳纤维复合材料的界面性能的影响。结果表明,Cationic CNC因表面带有正电荷,在碳纤维表面粘附牢固,且涂覆均匀,对提升复合材料耐热性和界面性能更明显；添加0.5wt%的Cationic CNC后T800-3碳纤维/环氧828复合材料的界面层间剪切强度(IFSS)由114MPa提高到123MPa,Tg提高了4℃,因此在复合材料层间引入一定浓度的纤维素纳米晶,能够增强复合材料的界面性能。
【关键词】：T800碳纤维 复合材料界面 上胶剂 热处理 纤维素纳米晶 多尺度增强
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ342.742;TB332
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-33
• 1.1 前言15-16
• 1.2 碳纤维及其增强环氧树脂复合材料16-19
• 1.2.1 碳纤维16-17
• 1.2.2 碳纤维复合材料17-19
• 1.3 复合材料界面以及影响界面性能的因素19-21
• 1.3.1 界面形成以及作用机理19-20
• 1.3.2 影响界面性能的因素20-21
• 1.4 上胶剂21-22
• 1.4.1 上胶剂21
• 1.4.2 上胶剂的作用21-22
• 1.5 增强界面性能的方法、原理及表征方法22-26
• 1.5.1 纤维表面改性22-23
• 1.5.2 纤维表面涂覆韧性物质23-24
• 1.5.3 纤维表面涂覆纳米粒子24-25
• 1.5.4 树脂基体的匹配与改性25-26
• 1.5.5 界面表征的方法26
• 1.6 热处理对复合材料界面性能的影响26-27
• 1.7 多尺度增强复合材料界面处的性能27-30
• 1.7.1 多尺度增强复合材料界面处的性能以及原理27-28
• 1.7.2 用于多尺度增强的纳米粒子28-29
• 1.7.3 纤维素纳米晶增强复合材料29-30
• 1.8 纤维素纳米晶30-32
• 1.8.1 纤维素纳米晶的特点30
• 1.8.2 纤维素纳米晶的制备和改性30-31
• 1.8.3 纤维素纳米晶界面增强复合材料31-32
• 1.9 课题研究意义与目的及主要内容32-33
• 第二章 上胶剂的热处理对T800碳纤维/828树脂复合材料界面性能的影响33-57
• 2.1 实验部分33-37
• 2.1.1 实验材料33-34
• 2.1.2 实验仪器设备34
• 2.1.3 上胶剂的提取及表征34-35
• 2.1.4 碳纤维的热处理及后续除胶处理35
• 2.1.5 碳纤维表面性能分析35-36
• 2.1.6 界面剪切的强度样条制备及测试36-37
• 2.2 结果与讨论37-57
• 2.2.1 上胶剂的基础表征37-39
• 2.2.2 上胶剂提取率39-41
• 2.2.3 碳纤维表面物理化学状态41-52
• 2.2.4 复合材料界面性能52-55
• 2.2.5 小结55-57
• 第三章 表面涂覆纤维素纳米晶T800-3碳纤维/828环氧树脂复合材料的界面性能的研究57-79
• 3.1 实验方法57-62
• 3.1.0 实验材料57
• 3.1.1 实验仪器设备57-58
• 3.1.2 基础原料的表征58
• 3.1.3 上胶剂溶液的配制58-59
• 3.1.4 上胶过程59
• 3.1.5 碳纤维表面性能分析59
• 3.1.6 复合材料界面处的分析59-60
• 3.1.7 复合材料界面力学性能样条制备及测试过程60-62
• 3.2 结果与讨论62-79
• 3.2.1 基础表征62-66
• 3.2.2 不同表面官能化纤维素纳米晶增强T800-3碳纤维/828环氧树脂复合材料性能的研究66-73
• 3.2.3 不同浓度的Cationic化纤维素纳米晶增强T800-3碳纤维/828环氧树脂复合材料性能的研究73-78
• 3.2.4 小结78-79
• 第四章 结论79-81
• 参考文献81-87
• 致谢87-89
• 发表及已接受的论文89-91
• 作者和导师简介91-93
• 附件93-94

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本文编号：690943