表面修饰对碳纤维/环氧树脂复合材料界面性能的影响
发布时间：2021-11-08 03:00
碳纤维复合材料因其拥有优异的力学性能,质轻、耐腐蚀耐疲劳等优点被广泛应用于航空航天以及国防工业等领域。但是由于碳纤维表面光滑且呈现化学惰性,和树脂基体之间的界面结合性较差,导致复合材料的综合性能很难满足更高领域的需求。复合材料间的界面直接影响着应力传播方向以及整体材料的破坏模式。当破坏发生时,初始裂纹通过基体传递到相邻近的纤维上,形成应力集中,致使纤维进一步断裂,随着断裂纤维的不断增加,最终致使临界簇的形成,从而引发复合材料的破坏失效。针对碳纤维表面改性的方法已有很多,但是在提高界面性能的同时往往伴随着纤维本体性能的下降以及大量的消耗有机溶剂等局限。本文基于提高碳纤维和树脂基体之间的界面结合性,围绕增加碳纤维表面粗糙度以及化学活性为目的,在不损伤碳纤维本体强度以及提高适用性和有效性的前提下,在碳纤维表面构建新型界面增强层来提高复合材料的界面性能。本论文主要研究内容如下:为了提高碳纤维和树脂之间的界面结合性,我们采用了一种简便的改性方法在碳纤维表面原位生长了一层具有相互交错的氢氧化镍(Ni（OH）2)纳米片增强体,并通过控制生长环境对碳纤维表面氢氧化镍的形貌进行了研...
【文章来源】： 长春工业大学吉林省
【文章页数】：131 页
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景以及研究意义和目的
1.2 碳纤维及其复合材料
1.2.1 碳纤维概述
1.2.2 碳纤维树脂基复合材料概述
1.2.3 碳纤维复合材料界面
1.2.4 纤维增强复合材料的灾难性破坏失效
1.3 碳纤维表面改性
1.3.1 碳纤维表面改性概述
1.3.2 氧化处理法
1.3.3 物理上浆法
1.3.4 等离子处理
1.3.5 化学气相沉积法
1.3.6 接枝改性法
1.3.7 多尺度改性
1.3.8 碳纤维表面晶须化
1.4 金属氧化物/氢氧化物在复合材料中的研究进展
1.4.1 金属氧化物/氢氧化物在电极材料中的研究进展
1.4.2 金属氧化物/氢氧化物在碳纤维界面改性中的研究进展
1.5 仿生珍珠层结构改性复合材料的研究进展
1.6 本文主要研究内容
第2章 实验材料以及实验方法
2.1 实验试剂及设备
2.1.1 实验所需原料
2.1.2 实验试剂
2.1.3 实验设备
2.2 性能表征
2.2.1 改性碳纤维及复合材料表面形貌分析
2.2.1.1 扫描电子显微镜
2.2.1.2 透射电子显微镜
2.2.2 改性碳纤维表面化学状态分析
2.2.3 改性碳纤维化学结构分析
2.2.3.1 傅里叶红外光谱
2.2.3.2 X射线衍射
2.2.3.3 拉曼光谱
2.2.4 改性碳纤维接触角以及浸润性分析
2.2.5 碳纤维复合材料界面及力学性能表征
2.2.5.1 碳纤维复合材料界面剪切性能测试
2.2.5.2 碳纤维复合材料横向拉伸强度测试
2.2.5.3 碳纤维复合材料成型制备
2.2.5.4 碳纤维复合材料层间剪切测试
2.2.5.5 碳纤维复合材料弯曲测试
2.2.6 碳纤维复合材料热稳定分析
第3章 氢氧化镍/碳纤维的制备及其环氧树脂复合材料的界面性能研究
3.1 引言
3.2 改性氢氧化镍纳米片碳纤维及其树脂复合材料
3.2.1 碳纤维表面生长氢氧化镍纳米片的工艺确定
3.2.2 碳纤维表面纳米粒子形貌分析
3.2.3 氢氧化镍纳米片对碳纤维表面化学成分影响
3.2.4 生长时间对氢氧化镍改性碳纤维表面形貌影响
3.2.5 氢氧化镍改性碳纤维表面润湿性分析
3.2.6 氢氧化镍改性碳纤维/环氧树脂复合材料界面性能分析
3.2.6.1 界面剪切强度分析
3.2.6.2 层间剪切强度分析
3.2.6.3 层间剪切断面形貌
3.2.6.4 弯曲强度分析
3.2.6.5 弯曲强度断面形貌
3.2.7 氢氧化镍纳米片对复合材料界面增强机理
3.2.8 氢氧化镍纳米片对碳纤维复合材料热稳定影响
3.3 不同形貌的纳米增强体对碳纤维复合材料界面性能的研究
3.3.1 不同形貌氢氧化镍的制备
3.3.2 不同形貌氢氧化镍的表面形貌
3.3.3 碳纤维表面生长不同形貌的纳米增强体
3.3.3.1 制备不同形貌的纳米增强体改性碳纤维
3.3.3.2 不同形貌的纳米增强体改性碳纤维形貌分析
3.3.4 不同形貌的纳米增强体改性碳纤维/环氧树脂复合材料界面性能分析
3.4 本章小结
第4章 三明治结构的“软-硬双锁合”过渡层增强碳纤维及其环氧树脂复合材料的性能研究
4.1 引言
4.2 碳纤维表面三明治结构的“软-硬双锁合”界面过渡层制备工艺
4.2.1 氢氧化镍纳米片的制备
4.2.2 聚多巴胺/氢氧化镍改性的碳纤维的制备
4.2.3 改性碳纤维表面浸渍聚乙烯亚胺
4.2.4 改性碳纤维/环氧树脂复合材料的制备
4.3 改性碳纤维表面化学成分分析
4.3.1 改性碳纤维的XPS分析
4.3.2 改性碳纤维的红外分析
4.3.3 改性碳纤维的拉曼光谱分析
4.3.4 改性碳纤维各组分之间的化学反应
4.3.5 改性碳纤维的表面形貌
4.4 改性碳纤维复合材料的界面性能分析
4.4.1 层间剪切强度分析
4.4.2 横向拉伸强度分析
4.4.3 复合材料层间断面形貌
4.4.4 复合材料的弯曲性能
4.4.5 复合材料的弯曲形貌
4.5 本章小结
第5章 碳纤维表面构建受自然启发的“砖与砂浆结构”界面层及其性能研究
5.1 引言
5.2 砖与砂浆结构改性碳纤维及其树脂复合材料的制备
5.2.1 碳纤维表面构建砖与砂浆结构界面层
5.2.2 砖与砂浆结构界面层改性碳纤维/环氧树脂复合材料的制备
5.3 碳纤维表面砖与砂浆结构界面层的表面形貌分析
5.4 碳纤维表面砖与砂浆结构界面层的化学成分分析
5.4.1 红外光谱分析
5.4.2 Raman分析
5.5 砖与砂浆结构界面层对碳纤维复合材料界面性能影响
5.5.1 改性碳纤维与树脂之间的润湿性
5.5.2 碳纤维复合材料的层间剪切强度
5.5.3 碳纤维复合材料的横向拉伸强度
5.5.4 复合材料层间断面形貌
5.5.5 复合材料的弯曲强度
5.5.6 砖与砂浆结构界面增强机理
5.6 本章小结
第6章 结论
本论文创新点
未来工作展望
致谢
参考文献
作者简介
攻读博士学位期间研究成果
本文编号：3482873
【文章来源】： 长春工业大学吉林省
【文章页数】：131 页
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景以及研究意义和目的
1.2 碳纤维及其复合材料
1.2.1 碳纤维概述
1.2.2 碳纤维树脂基复合材料概述
1.2.3 碳纤维复合材料界面
1.2.4 纤维增强复合材料的灾难性破坏失效
1.3 碳纤维表面改性
1.3.1 碳纤维表面改性概述
1.3.2 氧化处理法
1.3.3 物理上浆法
1.3.4 等离子处理
1.3.5 化学气相沉积法
1.3.6 接枝改性法
1.3.7 多尺度改性
1.3.8 碳纤维表面晶须化
1.4 金属氧化物/氢氧化物在复合材料中的研究进展
1.4.1 金属氧化物/氢氧化物在电极材料中的研究进展
1.4.2 金属氧化物/氢氧化物在碳纤维界面改性中的研究进展
1.5 仿生珍珠层结构改性复合材料的研究进展
1.6 本文主要研究内容
第2章 实验材料以及实验方法
2.1 实验试剂及设备
2.1.1 实验所需原料
2.1.2 实验试剂
2.1.3 实验设备
2.2 性能表征
2.2.1 改性碳纤维及复合材料表面形貌分析
2.2.1.1 扫描电子显微镜
2.2.1.2 透射电子显微镜
2.2.2 改性碳纤维表面化学状态分析
2.2.3 改性碳纤维化学结构分析
2.2.3.1 傅里叶红外光谱
2.2.3.2 X射线衍射
2.2.3.3 拉曼光谱
2.2.4 改性碳纤维接触角以及浸润性分析
2.2.5 碳纤维复合材料界面及力学性能表征
2.2.5.1 碳纤维复合材料界面剪切性能测试
2.2.5.2 碳纤维复合材料横向拉伸强度测试
2.2.5.3 碳纤维复合材料成型制备
2.2.5.4 碳纤维复合材料层间剪切测试
2.2.5.5 碳纤维复合材料弯曲测试
2.2.6 碳纤维复合材料热稳定分析
第3章 氢氧化镍/碳纤维的制备及其环氧树脂复合材料的界面性能研究
3.1 引言
3.2 改性氢氧化镍纳米片碳纤维及其树脂复合材料
3.2.1 碳纤维表面生长氢氧化镍纳米片的工艺确定
3.2.2 碳纤维表面纳米粒子形貌分析
3.2.3 氢氧化镍纳米片对碳纤维表面化学成分影响
3.2.4 生长时间对氢氧化镍改性碳纤维表面形貌影响
3.2.5 氢氧化镍改性碳纤维表面润湿性分析
3.2.6 氢氧化镍改性碳纤维/环氧树脂复合材料界面性能分析
3.2.6.1 界面剪切强度分析
3.2.6.2 层间剪切强度分析
3.2.6.3 层间剪切断面形貌
3.2.6.4 弯曲强度分析
3.2.6.5 弯曲强度断面形貌
3.2.7 氢氧化镍纳米片对复合材料界面增强机理
3.2.8 氢氧化镍纳米片对碳纤维复合材料热稳定影响
3.3 不同形貌的纳米增强体对碳纤维复合材料界面性能的研究
3.3.1 不同形貌氢氧化镍的制备
3.3.2 不同形貌氢氧化镍的表面形貌
3.3.3 碳纤维表面生长不同形貌的纳米增强体
3.3.3.1 制备不同形貌的纳米增强体改性碳纤维
3.3.3.2 不同形貌的纳米增强体改性碳纤维形貌分析
3.3.4 不同形貌的纳米增强体改性碳纤维/环氧树脂复合材料界面性能分析
3.4 本章小结
第4章 三明治结构的“软-硬双锁合”过渡层增强碳纤维及其环氧树脂复合材料的性能研究
4.1 引言
4.2 碳纤维表面三明治结构的“软-硬双锁合”界面过渡层制备工艺
4.2.1 氢氧化镍纳米片的制备
4.2.2 聚多巴胺/氢氧化镍改性的碳纤维的制备
4.2.3 改性碳纤维表面浸渍聚乙烯亚胺
4.2.4 改性碳纤维/环氧树脂复合材料的制备
4.3 改性碳纤维表面化学成分分析
4.3.1 改性碳纤维的XPS分析
4.3.2 改性碳纤维的红外分析
4.3.3 改性碳纤维的拉曼光谱分析
4.3.4 改性碳纤维各组分之间的化学反应
4.3.5 改性碳纤维的表面形貌
4.4 改性碳纤维复合材料的界面性能分析
4.4.1 层间剪切强度分析
4.4.2 横向拉伸强度分析
4.4.3 复合材料层间断面形貌
4.4.4 复合材料的弯曲性能
4.4.5 复合材料的弯曲形貌
4.5 本章小结
第5章 碳纤维表面构建受自然启发的“砖与砂浆结构”界面层及其性能研究
5.1 引言
5.2 砖与砂浆结构改性碳纤维及其树脂复合材料的制备
5.2.1 碳纤维表面构建砖与砂浆结构界面层
5.2.2 砖与砂浆结构界面层改性碳纤维/环氧树脂复合材料的制备
5.3 碳纤维表面砖与砂浆结构界面层的表面形貌分析
5.4 碳纤维表面砖与砂浆结构界面层的化学成分分析
5.4.1 红外光谱分析
5.4.2 Raman分析
5.5 砖与砂浆结构界面层对碳纤维复合材料界面性能影响
5.5.1 改性碳纤维与树脂之间的润湿性
5.5.2 碳纤维复合材料的层间剪切强度
5.5.3 碳纤维复合材料的横向拉伸强度
5.5.4 复合材料层间断面形貌
5.5.5 复合材料的弯曲强度
5.5.6 砖与砂浆结构界面增强机理
5.6 本章小结
第6章 结论
本论文创新点
未来工作展望
致谢
参考文献
作者简介
攻读博士学位期间研究成果
本文编号：3482873
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/3482873.html
