国产碳纤维表面结构与复合材料性能转化率关系研究

发布时间：2021-05-06 07:54

　　经过多年努力,国产碳纤维获得了全面发展,以高强中模型碳纤维为例,国产碳纤维本征力学性能已经达到甚至超过国际同类产品水平。但是国产碳纤维在实际应用中遇到很多问题,特别是高强中模型碳纤维在复合材料性能转化率方面与国外产品存在较大差距。碳纤维表面结构与树脂形成的复合材料界面性能,是直接影响碳纤维性能转化的关键。碳纤维的表面结构可以分为物理结构和化学结构,两种结构与基体树脂间的相互作用是复合材料界面的基础。采用国产高强中模级湿法原丝和干湿法原丝,在同等氧化、碳化条件下,设计不同的表面处理条件可以获得不同表面结构的碳纤维。通过研究碳纤维的复丝力学性能、碳纤维表面物理和化学结构以及不同加工方式的复材试样力学性能,总结不同复合材料加工形式下碳纤维表面结构对性能转化率影响规律,有利于提高国产碳纤维综合性能、推动国产碳纤维复合材料的高效应用。通过对表面物理形貌不同的湿法碳纤维和干湿法碳纤维复丝性能评价,研究了表面处理工艺对于碳纤维复丝力学性能的影响。在相同氧化、碳化条件下,由于碳纤维浸润树脂性能的改善,随着表面处理电流密度的增加,碳纤维拉伸强度略有增加,同时其他指标:弹性模量、线密度基本不受表面处理电流... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：96 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 碳纤维概述
    1.2 PAN基碳纤维的制备工艺
        1.2.1 PAN原丝的制备工艺
        1.2.2 PAN基碳纤维的氧化碳化工艺
        1.2.3 PAN基碳纤维的表面优化工艺
    1.3 碳纤维表面结构
        1.3.1 碳纤维表面物理结构
        1.3.2 碳纤维表面化学结构
    1.4 碳纤维复合材料界面概述
        1.4.1 碳纤维复合材料界面理论
            1.4.1.1 浸润扩散理论
            1.4.1.2 机械锚定理论
            1.4.1.3 化学键理论
        1.4.2 碳纤维复合材料界面性能评价方式
            1.4.2.1 界面性能宏观评价
            1.4.2.2 界面性能微观评价
            1.4.2.3 界面性能原位评价
    1.5 本课题研究的意义和主要研究内容
        1.5.1 国产碳纤维树脂基复合材料主要制备方式
        1.5.2 本课题研究的目的和意义
        1.5.3 本课题的主要研究内容
第二章 实验部分
    2.1 实验原料及样品制备
        2.1.1 碳纤维制备原辅材料
        2.1.2 碳纤维样品制备
    2.2 实验表征方法
        2.2.1 碳纤维形貌结构测试
        2.2.2 碳纤维表面化学结构测试
        2.2.3 碳纤维表面碳结构测试
        2.2.4 碳纤维接触角测试
        2.2.5 碳纤维束丝性能测试
            2.2.5.1 碳纤维复丝拉伸试验
            2.2.5.2 碳纤维起毛量测试
        2.2.6 复合材料力学性能测试
            2.2.6.1 碳纤维预浸料层压板测试
            2.2.6.2 碳纤维缠绕NOL环测试
第三章 结果与讨论
    3.1 表面处理的碳纤维束丝性能研究
        3.1.1 碳纤维力学性能分析
        3.1.2 碳纤维束起毛量分析
        3.1.3 碳纤维束微观准直性分析
        3.1.4 小结
    3.2 表面处理的碳纤维表面结构研究
        3.2.1 碳纤维表面物理结构分析
        3.2.2 碳纤维表面碳结构分析
        3.2.3 碳纤维表面化学结构分析
        3.2.4 小结
    3.3 碳纤维表面结构综合评价指标-表面能研究
        3.3.1 碳纤维单纤维表面自由能分析
        3.3.2 碳纤维束与树脂接触角分析
        3.3.3 小结
    3.4 碳纤维表面自由能对复合材料性能影响
        3.4.1 碳纤维表面自由能对预浸料复合材料性能影响
            3.4.1.1 碳纤维表面自由能对复合材料层间剪切强度的影响
            3.4.1.2 碳纤维表面自由能对复合材料0°拉伸强度的影响
        3.4.2 碳纤维表面自由能对碳纤维缠绕复合材料性能影响
            3.4.2.1 碳纤维表面自由能对NOL层间剪切强度的影响
            3.4.2.2 碳纤维表面自由能对NOL拉伸强度的影响
        3.4.3 小结
第四章 结论
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
    作者简介
    导师简介
附件


【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3171553