医院外墙装饰碳纤维复合材料的应用性能研究
发布时间：2021-01-13 17:30
采用浸涂法制备了应用于医院外墙装饰的疏水碳纤维/环氧树脂复合材料,对原始碳纤维布、刻蚀碳纤维布和疏水碳纤维布进行了红外光谱和表面形貌观察,分析了全氟乙烯丙烯共聚物（FEP）和聚氨酯（PU）含量对碳纤维/环氧树脂复合材料表面润湿性能和摩擦学性能的影响。结果表明,原始碳纤维布、刻蚀碳纤维布和疏水碳纤维布在3450cm-1位置处都存在-OH的伸缩振动峰,刻蚀碳纤维布在1650cm-1、1385cm-1和771cm-1位置处还分别出现了C=O伸缩振动峰、硝基伸缩振动峰和亚硝基伸缩振动峰,疏水碳纤维布在1160cm-1位置处还存在Si-O-Si键的伸缩振动峰;FEP含量为40%时,碳纤维/环氧树脂复合材料具有表面接触角最大值和滚动角最小值;在PU含量为6%时,碳纤维/环氧树脂复合材料具有最佳的耐磨性能。
【文章来源】：合成材料老化与应用. 2020,49(05)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
摩擦试验后复合材料的表面润湿性能
图2为FEP和PU含量对碳纤维/环氧树脂复合材料表面接触角和滚动角的影响曲线。当FEP含量(质量分数）从10%增加至50%时，复合材料的表面接触角呈现先增加而后减小的趋势，在FEP含量为40%时取得最大值，而复合材料的表面滚动角则表现为先减小而后增加的趋势，在FEP含量为40%时取得最小值，此时水滴易于从复合材料表面掉落，如果FEP含量过量（50%），环氧树脂溶液中的FEP并不能均匀分散而造成复合材料表面只有一部分达到超疏水效果[7]。当PU含量（质量分数）从2%增加至8%时，碳纤维/环氧树脂复合材料在PU含量为2%～6%时的表面接触角相当，且都能实现疏水效果，而PU含量为8%时的表面接触角明显减小，已经无法实现超疏水特性。综合而言，FEP含量为40%时，碳纤维/环氧树脂复合材料具有表面接触角最大值和滚动角最小值，且在PU含量为2%～6%时的表面接触角相当。对医院外墙装饰用碳纤维/环氧树脂复合材料在PU含量为2%～6%时的磨损率和摩擦系数进行测量。从磨损率测试结果来看，随着摩擦试验的进行，不同PU含量的复合材料的磨损率都呈现逐渐减小的特征，但是在相同的摩擦条件下，PU含量为6%的复合材料的磨损率最小，而PU含量为2%的复合材料的磨损率相对较大。从摩擦系数的测定结果可见，PU含量为2%、4%和6%的复合材料的摩擦系数分别为0.398、0.363和0.318，可见复合材料的摩擦系数随着PU含量增加而逐渐减小。综合而言，在PU含量为6%时，碳纤维/环氧树脂复合材料具有最佳的耐磨性能。
对原始碳纤维布、刻蚀碳纤维布和疏水碳纤维布进行红外光谱测试，结果如图1所示。可见，这三种碳纤维布在3450cm-1位置处都存在-OH的伸缩振动峰，但是经过刻蚀处理后，刻蚀碳纤维布在1650cm-1、1385cm-1和771cm-1位置处还分别出现了C=O伸缩振动峰、硝基伸缩振动峰和亚硝基伸缩振动峰，这表明原始碳纤维布已经被硝酸刻蚀；疏水碳纤维布的红外光谱图中还可见在1160cm-1位置处还存在Si-O-Si键的伸缩振动峰，这主要是因为氨基硅油已经涂覆在碳纤维表面[5]。原始碳纤维布的纤维之间存在较多的孔隙，整体结构较为松散，需要填充环氧树脂增加致密性；局部放大后可见单根碳纤维表面较为光滑，而经过硝酸刻蚀后的碳纤维表面出现了较多的凹坑，局部发生了脱落以及表面沟槽加深。从疏水碳纤维布表面形貌中可见，经过氨基硅油涂覆后，碳纤维表面被一层薄膜包覆，这种薄膜的存在可以提升碳纤维的疏水性能，且还有助于改善碳纤维与环氧树脂的界面结合，有利于压力传递和抑制裂纹扩展[6]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]E51环氧树脂基碳纤维复合材料力学性能研究[J]. 段国晨,赵景丽,赵伟超. 粘接. 2018(08)
[2]碳纤维增强环氧树脂基复合材料的研究进展[J]. 吴志刚. 天津科技. 2018(07)
[3]PBO纤维/环氧树脂复合材料的制备及物理性能[J]. 李文燕,谭艳君,刘姝瑞,霍倩,马佳利. 染整技术. 2017(07)
[4]用于水润滑轴承的聚氨酯/环氧树脂/短切碳纤维复合材料的制备及摩擦学性能[J]. 李裕琪,徐旭,赵良传,陆绍荣,王廷梅,徐斌. 合成橡胶工业. 2017(03)
[5]高亲水性环氧树脂的制备及对碳纤维的表面处理[J]. 吴波,郑帼,刘旭钊,孙玉,刘会兵,朱佳文. 高等学校化学学报. 2016(10)
[6]环氧树脂基碳纤维复合材料摩擦层的摩擦性能研究[J]. 曹伟伟,龙国荣,朱波,朱文韬,卞志勇,李胜业. 工程塑料应用. 2014(05)
本文编号：2975274
【文章来源】：合成材料老化与应用. 2020,49(05)
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
摩擦试验后复合材料的表面润湿性能
图2为FEP和PU含量对碳纤维/环氧树脂复合材料表面接触角和滚动角的影响曲线。当FEP含量(质量分数）从10%增加至50%时，复合材料的表面接触角呈现先增加而后减小的趋势，在FEP含量为40%时取得最大值，而复合材料的表面滚动角则表现为先减小而后增加的趋势，在FEP含量为40%时取得最小值，此时水滴易于从复合材料表面掉落，如果FEP含量过量（50%），环氧树脂溶液中的FEP并不能均匀分散而造成复合材料表面只有一部分达到超疏水效果[7]。当PU含量（质量分数）从2%增加至8%时，碳纤维/环氧树脂复合材料在PU含量为2%～6%时的表面接触角相当，且都能实现疏水效果，而PU含量为8%时的表面接触角明显减小，已经无法实现超疏水特性。综合而言，FEP含量为40%时，碳纤维/环氧树脂复合材料具有表面接触角最大值和滚动角最小值，且在PU含量为2%～6%时的表面接触角相当。对医院外墙装饰用碳纤维/环氧树脂复合材料在PU含量为2%～6%时的磨损率和摩擦系数进行测量。从磨损率测试结果来看，随着摩擦试验的进行，不同PU含量的复合材料的磨损率都呈现逐渐减小的特征，但是在相同的摩擦条件下，PU含量为6%的复合材料的磨损率最小，而PU含量为2%的复合材料的磨损率相对较大。从摩擦系数的测定结果可见，PU含量为2%、4%和6%的复合材料的摩擦系数分别为0.398、0.363和0.318，可见复合材料的摩擦系数随着PU含量增加而逐渐减小。综合而言，在PU含量为6%时，碳纤维/环氧树脂复合材料具有最佳的耐磨性能。
对原始碳纤维布、刻蚀碳纤维布和疏水碳纤维布进行红外光谱测试，结果如图1所示。可见，这三种碳纤维布在3450cm-1位置处都存在-OH的伸缩振动峰，但是经过刻蚀处理后，刻蚀碳纤维布在1650cm-1、1385cm-1和771cm-1位置处还分别出现了C=O伸缩振动峰、硝基伸缩振动峰和亚硝基伸缩振动峰，这表明原始碳纤维布已经被硝酸刻蚀；疏水碳纤维布的红外光谱图中还可见在1160cm-1位置处还存在Si-O-Si键的伸缩振动峰，这主要是因为氨基硅油已经涂覆在碳纤维表面[5]。原始碳纤维布的纤维之间存在较多的孔隙，整体结构较为松散，需要填充环氧树脂增加致密性；局部放大后可见单根碳纤维表面较为光滑，而经过硝酸刻蚀后的碳纤维表面出现了较多的凹坑，局部发生了脱落以及表面沟槽加深。从疏水碳纤维布表面形貌中可见，经过氨基硅油涂覆后，碳纤维表面被一层薄膜包覆，这种薄膜的存在可以提升碳纤维的疏水性能，且还有助于改善碳纤维与环氧树脂的界面结合，有利于压力传递和抑制裂纹扩展[6]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]E51环氧树脂基碳纤维复合材料力学性能研究[J]. 段国晨,赵景丽,赵伟超. 粘接. 2018(08)
[2]碳纤维增强环氧树脂基复合材料的研究进展[J]. 吴志刚. 天津科技. 2018(07)
[3]PBO纤维/环氧树脂复合材料的制备及物理性能[J]. 李文燕,谭艳君,刘姝瑞,霍倩,马佳利. 染整技术. 2017(07)
[4]用于水润滑轴承的聚氨酯/环氧树脂/短切碳纤维复合材料的制备及摩擦学性能[J]. 李裕琪,徐旭,赵良传,陆绍荣,王廷梅,徐斌. 合成橡胶工业. 2017(03)
[5]高亲水性环氧树脂的制备及对碳纤维的表面处理[J]. 吴波,郑帼,刘旭钊,孙玉,刘会兵,朱佳文. 高等学校化学学报. 2016(10)
[6]环氧树脂基碳纤维复合材料摩擦层的摩擦性能研究[J]. 曹伟伟,龙国荣,朱波,朱文韬,卞志勇,李胜业. 工程塑料应用. 2014(05)
本文编号：2975274
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