含CNTs界面相的構(gòu)筑及對CF-UP復(fù)合材料界面性能的影響.pdf

1、隨著低成本大絲束碳纖維的快速發(fā)展，高強輕質(zhì)的碳纖維增強不飽和聚酯（CF/UP）復(fù)合材料在汽車輕量化領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力。同環(huán)氧樹脂相比，不飽和聚酯成本更低，可快速固化，制品具有“A”級表面，但不飽和聚酯體積收縮率過高導(dǎo)致其復(fù)合材料界面結(jié)合性能差，限制了CF/UP復(fù)合材料在汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　本文以CF/UP復(fù)合材料為研究對象，分別通過上漿涂覆和化學(xué)接枝的方式將碳納米管（CNTs）、含雙鍵柔性鏈段等引入復(fù)合材料界面微區(qū)，在實現(xiàn)界面化

2、學(xué)鍵合和構(gòu)建納米級粗糙表面的同時通過 CNTs和柔性鏈段抑制界面區(qū)體積收縮，在保證界面結(jié)合的前提下改善復(fù)合材料沖擊韌性。
　　上漿涂覆部分首先進(jìn)行上漿劑主體聚合物篩選，選取四種不同結(jié)構(gòu)類型的樹脂作為上漿劑主體聚合物，研究主體聚合物化學(xué)結(jié)構(gòu)對漿料涂覆均勻性、纖維表面浸潤性、纖維表面基團(tuán)組成等性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，主體聚合物為乙烯基樹脂和環(huán)氧樹脂的上漿劑具有相對優(yōu)異的涂覆均勻性，纖維表面能相比裸纖均有20％以上的提高，而主體聚合物為不

3、飽和聚酯的上漿劑則無法在纖維表面均勻涂覆。乙烯基樹脂和環(huán)氧樹脂型上漿劑涂覆處理后，纖維表面出現(xiàn)大量可有效增強纖維表面浸潤性的羥基。MR13006型上漿劑涂覆后，纖維表面氧元素含量最高，O-C=O基團(tuán)較多，而羥基含量相對較少。界面結(jié)合強度和耐沖擊性能測試結(jié)果表明，M7270和R806型上漿劑對CF/UP復(fù)合材料界面結(jié)合強度的改善效果較為理想。環(huán)氧樹脂和MR13006型上漿劑對界面結(jié)合強度的改善并不明顯，而以上四種上漿劑對CF/UP復(fù)合材料

4、的沖擊韌性均無明顯改善。
　　選擇篩選出的R806和M7270型乙烯基樹脂作為上漿劑主體聚合物，通過自由基聚合和逐步聚合機理設(shè)計界面化學(xué)反應(yīng)，制備含功能化 CNTs的乙烯基酯類上漿劑，探討含CNTs界面相對CF/UP復(fù)合材料沖擊韌性的影響。結(jié)果表明，功能化CNTs在纖維表面具有良好的分散性。經(jīng)CNTs上漿劑涂覆后，纖維表面能及表面粗糙度同時增大，有利于提高基體樹脂在纖維表面的鋪展和增強纖維同基體樹脂的機械嚙合。界面結(jié)合強度和沖擊性

5、能測試結(jié)果表明，相比無CNTs的乙烯基酯類上漿劑，CNTs上漿劑在改善復(fù)合材料界面結(jié)合強度的前提下，有效提高復(fù)合材料沖擊韌性，CNTs對沖擊裂紋擴展的限制作用及對界面機械嚙合的促進(jìn)作用是沖擊韌性改善的關(guān)鍵。
　　以柔性聚丙烯酰氯作為“橋梁”，將CNTs和含有柔性鏈段的十一烯醇分別接枝在纖維表面，探討多尺度增強體對復(fù)合材料界面性能影響。結(jié)果表明，多尺度增強體有效抑制界面區(qū)不飽和聚酯的體積收縮，提高復(fù)合材料沖擊韌性。聚丙烯酰氯化學(xué)接枝

6、十一烯醇所形成的柔性鏈一端通過化學(xué)鍵接枝纖維表面，另一端通過不飽和雙鍵參與不飽和聚酯基體固化，在纖維和樹脂之間引入具有化學(xué)鍵合的柔性鏈段，有利于提高界面結(jié)合強度。同時，多尺度增強體表面的極性基團(tuán)使纖維表面氧元素含量提高，表面能增大，有利于不飽和聚酯以分子級的接觸距離在纖維表面鋪展，避免缺陷產(chǎn)生。CNTs構(gòu)造的納米級粗糙表面有助于錨定界面區(qū)樹脂，限制其分子運動，提高纖維和樹脂間的機械鎖合作用，而柔性鏈段在沖擊破壞過程中的運動能力可有效抑制