碳纖維表面氧化行為及其對(duì)碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料性能的影響.pdf_第1頁(yè)
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1、未經(jīng)處理的碳纖維表面呈現(xiàn)惰性,無法與樹脂基體形成牢固的界面結(jié)合,因此碳纖維的表面氧化改性一直受到人們的高度關(guān)注。本文利用掃描電鏡、原子力顯微鏡、X射線光電子能譜儀、拉曼光譜儀、旋轉(zhuǎn)流變儀等檢測(cè)手段系統(tǒng)地研究了碳纖維在空氣和HNO3/H2SO4混合酸中的氧化機(jī)理,制備了碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料和碳纖維增強(qiáng)聚酰亞胺樹脂基復(fù)合材料,并探討了兩種碳纖維的表面氧化方法對(duì)碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響,結(jié)論如下:
  (1)在空氣

2、氧化過程中,氧化溫度的提高有利于碳纖維表面的-(C)-OH基團(tuán)轉(zhuǎn)變?yōu)?C)=O和-COOH基團(tuán),但對(duì)-CO32-基團(tuán)含量影響不大。
  (2)在HNO3/H2SO4混合酸的氧化過程中,在氧化時(shí)間從1min升至30min時(shí),碳纖維表面刻蝕程度不斷加深。氧化處理30min時(shí),碳纖維的表面粗糙度Ra從9.5nm提高到25.4nm。碳纖維的表面自由能隨氧化處理時(shí)間延長(zhǎng)而增加,處理15min后變化不明顯。
  (3)在HNO3/H2S

3、O4混合酸的氧化過程中,S-、N-含氧基團(tuán)為過渡官能團(tuán)最終轉(zhuǎn)變?yōu)?COOH,當(dāng)氧化時(shí)間為15min時(shí),-COOH的濃度達(dá)到最大值。
  (4)當(dāng)空氣氧化溫度從400℃升高到600℃,環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的層剪切強(qiáng)度先增大后減小。當(dāng)氧化溫度為550℃時(shí)達(dá)到最大值,相比于未經(jīng)過氧化處理的試樣,層剪切強(qiáng)度從20.3MPa提高到36.9MPa。
  (5)根據(jù)聚酰亞胺不同升溫速率下的DSC曲線,由Kissinger法和Ozawa法計(jì)算

4、得到聚酰亞胺的的平均反應(yīng)活化能E為118.188KJ/mol,平均反應(yīng)級(jí)數(shù)n為0.932,得到了聚酰亞胺的固化動(dòng)力學(xué)方程為:dα/dt=1.3648×107e-118.188T/8.314(1-α)0.932確定了最終固化溫度為340℃,并且獲得聚酰亞胺固化轉(zhuǎn)變的TTT(時(shí)間-溫度-固化度)圖。
  (6)隨著HNO3/H2SO4混合酸氧化處理時(shí)間的延長(zhǎng),碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的層剪切強(qiáng)度先增大后減小,在15min時(shí)達(dá)到最大值,

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