微-納米粒子協(xié)同增強增韌碳纖維復合材料的實現(xiàn)機制研究.pdf

1、碳纖維復合材料由于碳纖維的各向異性和樹脂基體的脆性，通常存在橫向強度低，抗分層能力弱，斷裂韌性差等問題，因此研究復合材料的增強增韌具有重要意義。傳統(tǒng)增強增韌的方法大致可分為三類:第一類是對樹脂基體進行改性，但增韌劑的加入會導致基體粘度的驟增，增加復合材料成型加工的難度，而且對復合材料的增強增韌效率較低;第二類方法是直接增韌復合材料層間方向或厚度方向的薄弱區(qū)域，該方法增韌效率高，但通常會犧牲復合材料的剛性和強度;第三類方法是對纖維進行表面

2、物理或者化學改性，改善碳纖維與樹脂基體之間的界面相容性和粘結(jié)強度。本文綜合三類方法的優(yōu)缺點，建立了熱塑性微米粒子原位層間增韌的新方法，利用微/納米粒子之間的自組裝效應(yīng)實現(xiàn)了協(xié)同增強增韌復合材料的效果，同時研究了熒光納米粒子對碳纖維/環(huán)氧基體界面層的熒光標記和界面增強作用。
　　1.設(shè)計聚醚砜(PES)和聚酰胺(PA)微米粒子協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂基體，以具有活性端基的低分子量聚醚砜作為環(huán)氧樹脂的本體增韌劑，通過半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效提高

3、了環(huán)氧樹脂基體的柔性。PA則以不溶性微米粒子的形式均勻分散在樹脂中，起到顆粒增韌的作用，成功制備了PES與PA協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂基體。采用熱熔法成型工藝制備碳纖維預浸料，建立了微米粒子“原位層間增韌”復合材料的方法。研究了PA微米粒子在預浸料表面的分散和取向狀態(tài)，根據(jù)熱熔法預浸料的加工過程，建立了纖維篩濾和剪切壓延取向的機理模型。由于PA微米粒子富集在復合材料的層間區(qū)域，原位形成了層間增韌層，復合材料的層間斷裂韌性和損傷容限顯著提高，Ⅰ

4、型斷裂韌性GIC和沖擊后壓縮強度(CAI)分別提高了181％和177％。
　　2.通過酸化-環(huán)氧化兩步法制備了環(huán)氧官能化碳納米管(MWNTs-EP)，研究了不同結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂對MWNTs-EP的接枝率和分散性的影響。三官能度環(huán)氧樹脂TGAP由于反應(yīng)活性高，MWNTs-TGAP的接枝率最高，在環(huán)氧樹脂中的分散穩(wěn)定性好。力學性能和微觀形貌研究表明，高接枝率MWNTs-TGAP對環(huán)氧樹脂體系的增強效果最佳。
　　3.由于高接枝率環(huán)氧

5、官能化碳納米管(MWNTs-EP)表面呈電負性，PA微米粒子表面帶正電，通過靜電吸附作用，制備了自組裝的微-納米雜化粒子PA-MWNTs-EP。將自組裝微-納米粒子引入復合材料層間增韌膠膜，研究了其對復合材料力學性能的影響，結(jié)果表明PA-MWNTs-EP層間增韌的復合材料層間斷裂韌性和層間剪切強度均明顯高于單獨采用PA微米粒子或MWNTs-EP納米粒子層間增韌的復合材料，微-納米粒子增強增韌的協(xié)同效應(yīng)歸因于PA-MWNTs-EP雜化粒子