碳纤维表面物理形貌对表面处理效果的影响

发布时间：2023-08-25 23:31

　　纤维物理形貌影响碳纤维复合材料的界面性能导致其整体性能下降。对于表面物理形貌不同的碳纤维,其表面处理的对比和分析研究对碳纤维制备和复合材料的工艺性均具有重要的意义。本文主要以常规牌号中模量相近,但具有不同表面物理形貌的两种碳纤维(干喷湿纺T700S级和湿喷湿纺T300级)为研究对象;对其在同等条件下进行表面氧化处理后,分析了纤维表面碳结构、表面元素和官能团含量、表面能、纤维强度及其复材层间剪切强度的变化规律,讨论了碳纤维表面物理形貌对其表面处理效果的影响:相较于表面光洁的干喷湿碳纺纤维,表面具有沟槽形貌的湿喷湿纺碳纤维表面微晶结构更容易被破坏,表面碳结构变化受表面处理的影响会更显著;且湿喷湿纺碳纤维表面更容易引入含氧官能团,表面处理后,湿喷湿纺碳纤维表面O元素增加了 47%,O/C增加了 65%;干喷湿纺碳纤维表面O元素增加了 25%,O/C增加了 31%。在本研究的条件范围内,两种纤维的拉伸强度都表现出相同的变化规律,即先增加再减小;但干喷湿纺工艺制备的碳纤维(T700S)强度变化更小一些。相较于湿喷湿纺工艺制备的碳纤维,干喷湿纺制备的碳纤维表面能极性分量的增加更难,所需要的电流密度...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
符号和缩略词说明
第一章 绪论
    1.1 国内外碳纤维发展情况及现状
        1.1.1 碳纤维的发展历史
        1.1.2 国外碳纤维的发展
        1.1.3 国内碳纤维的发展
        1.1.4 碳纤维的应用发展
    1.2 PAN基碳纤维制备过程
        1.2.1 干喷湿纺的原理
        1.2.2 氧化碳化制备原理
    1.3 PAN基碳纤维的表面结构
        1.3.1 表面物理结构
        1.3.2 表面物理形貌形成机理
        1.3.3 表面化学结构
    1.4 碳纤维表面改性处理
        1.4.1 表面处理方法
            1.4.1.1 氧化法
            1.4.1.2 高能辐射法
            1.4.1.3 表面涂层法
        1.4.2 表面处理对表面官能团的影响
        1.4.3 表面处理对碳纤维表面微晶尺寸的影响
        1.4.4 碳纤维的表面形貌及结构的表征
            1.4.4.1 表面形貌的表征
            1.4.4.2 表面碳结构的表征
            1.4.4.3 表面基团的表征
            1.4.4.4 表面自由能的表征
    1.5 本课题研究的目的及主要研究内容
        1.5.1 本课题研究的目的
        1.5.2 本课题的主要研究内容
第二章 实验部分
    2.1 碳纤维样品制备
        2.1.1 原材料
        2.1.2 碳纤维样品的制备
    2.2 结构与性能表征
        2.2.1 碳纤维表面拉曼光谱测试
        2.2.2 X射线光电子能谱(XPS)测试
        2.2.3 层间剪切强度
        2.2.4 动态接触角测试及碳纤维表面自由能计算
        2.2.5 碳纤维拉伸强度测试
        2.2.6 碳纤维表面物理形貌观察
第三章 结果与讨论
    3.1 碳纤维表面物理形貌特征
    3.2 表面处理对碳纤维表面碳结构的影响规律
        3.2.1 电流密度对碳纤维表面碳结构的影响
        3.2.2 氧化时间对碳纤维表面碳结构的影响
        3.2.3 电解液浓度对碳纤维表面碳结构的影响
        3.2.4 小结
    3.3 表面处理对碳纤维表面成分及碳结合态的影响规律
        3.3.1 碳纤维表面元素分析
            3.3.1.1 电流密度对碳纤维表面元素的影响
            3.3.1.2 处理时间对碳纤维表面氧元素含量的影响
            3.3.1.3 电解液浓度对碳纤维表面氧元素含量的影响
        3.3.2 表面处理工艺对碳纤维表面官能团的影响研究
        3.3.3 小结
    3.4 表面物理形貌对碳纤维表面处理后强度的影响规律
        3.4.1 电流密度对碳纤维拉伸强度的影响
        3.4.2 表面氧化时间对碳纤维拉伸强度的影响
        3.4.3 电解液浓度对碳纤维强度的影响
        3.4.4 小结
    3.5 表面物理形貌对碳纤维表面处理后表面自由能的影响规律
        3.5.1 电流密度对碳纤维表面自由能的影响
        3.5.2 氧化时间对碳纤维表面能的影响
        3.5.3 电解液浓度对碳纤维表面能的影响
        3.5.4 小结
第四章 结论
致谢
参考文献
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
附件



本文编号：3843514