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《哈尔滨工业大学》 2007年
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高温高压氨水改性碳纤维的研究

宋兴来  
【摘要】: 碳纤维具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐高温等优异性能,因而作为增强材料在复合材料领域得到广泛应用。但是由于其表面光滑,活性官能团含量少,从而影响了碳纤维与树脂之间的界面性能,因此有必要对其进行表面改性。 本文首先采用丙酮和石油醚对碳纤维表面进行抽提,清除表面的涂层及杂质并研究评价抽提的效果;对抽提后的碳纤维用高温高压氨水处理,采用丙烯酸为接枝单体,在经过高温高压氨水处理后碳纤维上进行表面接枝处理。利用扫描电镜(SEM)及原子力显微镜(AFM)观察改性处理后的碳纤维的表面形貌;采用X射线光电子能谱技术(XPS)分析了改性前后碳纤维表面元素及官能团相对含量的变化,从而确定碳纤维表面改性的机理。对处理前后的碳纤维制成的复合材料的层间剪切强度(ILSS)的变化进行了测试,并通过SEM研究了复合材料断口形貌的变化。对处理前后的碳纤维与环氧树脂的界面做了单丝拨出实验,分析界面剪切强度(IFSS)的变化。 实验结果表明:对碳纤维采用丙酮和石油醚抽提,可以较彻底地清除碳纤维表面的环氧涂层以及物理吸附在其表面的杂质。经丙酮、石油醚各抽提24h后的碳纤维单丝的拉伸强度由3.45GPa降低到3.37GPa,表明抽提处理对碳纤维本体损伤影响不大。 高温高压氨水处理使碳纤维表面结构和元素相对含量发生变化,处理后的碳纤维表面粗糙度增加,N、O元素相对含量提高,-C-N、-C=O、-COOH、-COOR等官能团相对含量也有不同程度的提高,说明高温高压氨水对碳纤维表面具有刻蚀和氧化作用,可以对碳纤维的表面起到改性的作用。 通过高温高压氨水改性碳纤维/环氧树脂界面的最佳处理工艺为:抽提后的碳纤维于350℃的高温高压氨水中处理碳纤维3min,然后在浓度为3mass%的丙烯酸水溶液中以70℃的温度反应接枝4h,使CFRP的ILSS从未经任何处理的61.17MPa提高到86.21MPa。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TQ342.742

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【参考文献】
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