微波-雙氧水聯(lián)合處理炭纖維的工藝及性能研究.pdf

1、炭纖維是具有優(yōu)異性能的工程材料，常作為各種復(fù)合材料的增強(qiáng)體，炭纖維增強(qiáng)復(fù)合材料由于良好的機(jī)械性能是先進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)用的首選。炭纖維與基體的界面粘結(jié)是控制復(fù)合材料整體性能的關(guān)鍵，但是由于炭纖維表面惰性等因素的影響，其與復(fù)合材料界面的粘結(jié)較弱。因此，改性炭纖維表面的研究是必需的。
　　本文研究了炭纖維的表面改性、表征以及微滴包埋拉出法測(cè)界面剪切強(qiáng)度。采用一種新的方法—微波輻射雙氧水氧化法，對(duì)炭纖維進(jìn)行表面改性，通過使用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微

2、鏡(FE-SEM)、X射線光電子能譜儀(XPS)、拉曼光譜儀(Raman)和激光顯微儀等表征手段分析炭纖維表面物理化學(xué)性質(zhì)；并用微滴包埋拉出法測(cè)試復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度，并總結(jié)分析了影響界面剪切強(qiáng)度的一些因素。
　　借助 FE-SEM、XPS、Raman和激光顯微儀等手段探索各種工藝參數(shù)（微波功率、處理時(shí)間、雙氧水濃度等）對(duì)炭纖維表面性質(zhì)的影響。通過觀察分析掃描電鏡圖像發(fā)現(xiàn)，纖維表面形貌隨著處理?xiàng)l件的改變出現(xiàn)不同的變化，改性后纖維

3、表面出現(xiàn)凹槽和孔洞，還出現(xiàn)一些納米尺寸的突起和白斑等特殊結(jié)構(gòu)；通過 XPS分析表明，處理后纖維表面含氧量和含氮量都在增加，處理?xiàng)l件的改變和炭纖維種類的不同增加的含量也不同，實(shí)驗(yàn)室自制的一種瀝青基炭纖維改性后氧含量增加最多，達(dá)到16.29 mol％，主要是C-O、C=O等含氧官能團(tuán)的增加。Raman光譜發(fā)現(xiàn)R值（D峰和G峰的面積比）增加，表明微波誘導(dǎo)氧化處理增大了炭纖維表面結(jié)構(gòu)的無(wú)序化。激光顯微儀測(cè)定纖維表面的粗糙度，展示了粗糙度值的增加

4、。同時(shí)本文研究了五種類型的炭纖維，其表面形貌和表面元素發(fā)生了變化，表明這種方法潛在的廣泛適用性。
　　用微滴包埋拉出法測(cè)試炭纖維與環(huán)氧樹脂的界面剪切強(qiáng)度(IFSS)，來(lái)評(píng)價(jià)炭纖維與環(huán)氧樹脂基體的粘結(jié)情況。從負(fù)載-位移曲線讀取樹脂小球從炭纖維上脫落時(shí)的脫粘力值，并利用掃描電子顯微鏡觀察了脫粘樹脂小球和炭纖維的狀態(tài)，然后定量的計(jì)算出兩種樣品的IFSS平均值以及其標(biāo)準(zhǔn)方差、離散系數(shù)，并討論了IFSS同樹脂小球的長(zhǎng)度與直徑、纖維直徑的關(guān)系