鋼背-碳織物增強復合材料界面結合機理與強化研究.pdf

1、重載摩擦副是成型裝備關鍵部件之一，摩擦副的機械性能將直接影響成型設備的性能，金屬基背襯型聚合物自潤滑復合材料是一種新型高性能的摩擦副材料，由于其機械性能優(yōu)越、無污染、成型工藝簡單、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，成為新型重載摩擦副材料發(fā)展趨勢之一。
　　 本文在制備鋼背/碳織物增強-聚合物襯層復合材料摩擦副基礎上，以強化金屬/聚合物、碳纖維/聚合物界面結合性能為目標，通過研究金屬表面預處理、碳纖維織物(CF)表面預處理工藝和方法，依據(jù)微觀分析

2、和機械性能檢測，探討了不同表面處理方法對兩大界面機械性能的影響及其機理，以期獲得符合重載摩擦副技術要求的最優(yōu)界面處理方法和工藝。主要研究內(nèi)容和結果如下:
　　 首先，研究了金屬表面機械和化學預處理（機械劃痕、砂紙打磨、噴砂、酸洗、磷化、硅烷偶聯(lián)劑處理）的工藝和方法，通過拉伸剪切實驗研究了各種處理方法對金屬/聚合物界面結合性能的影響，并依據(jù)表面粗糙度輪廓儀、超景深三維顯微鏡、SEM掃描電鏡對金屬表面形貌的觀察，研究了不同預處理方法

3、對界面粘結強度影響的機理。結果表明:機械劃痕、砂紙打磨、噴砂，都可以粗化金屬表面。當機械劃痕形成溝槽過大時，易產(chǎn)生“充不滿”現(xiàn)象，同砂紙打磨相比，噴砂處理表面增加了各向異性;酸洗處理得到了更清潔的活性表面且能形成的微孔結構，有利于化學鍵形成，磷化處理后金屬表面形成了顯微空隙和裂紋結構，增加了結合面積，經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理后，金屬表面形成“分子鍵橋”，使金屬/聚合物界面主要以化學鍵形式連接，粘結強度最高為23.11MPa。
　　 其次

4、，研究了碳織物表面不同預處理（氣相氧化、液相處理、偶聯(lián)劑涂覆、雙效處理）工藝和方法，利用層間剪切實驗研究了以上處理方法對碳纖維/聚合物界面結合性能的影響，并依據(jù)SEM掃描電鏡、AFM、化學元素(EA)、傅里葉紅外、機械性能研究碳織物處理前后表面形貌、斷面形貌、表面粗糙度、化學元素、表面官能團、機械性能的變化，得出以下結論:未處理CF的表面光滑，比表面積小，邊緣缺少活性碳原子呈惰性，表面能低，機械性能較差;空氣氧化處理以刻蝕作用為主，增加

5、碳纖維表面粗糙度，但表面化學活性影響較小;液相氧化中最優(yōu)氧化工藝為濃硝酸95℃/90min，濃硝酸處理碳纖維織物時，機械錨定作用對復合材料的界面粘結起主導作用，增加活性化學元素起輔助作用;常溫下不同濃度硅烷偶聯(lián)劑處理，偶聯(lián)劑KH560濃度為3％時IFSS達到43.2MPa，彎曲強度為1088.9MPa、拉伸強度為538.1MPa、沖擊強度為72.2KJ·M-2、壓縮強度為551.3MPa，偶聯(lián)劑為雙性分子，能同時與碳纖維、聚合物發(fā)生反應