收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

炭纤维复合材料界面自组装结构的分子动力学模拟

贾近  
【摘要】:本文采用分子自组装方法对炭纤维(CF)表面进行改性,从而在CF复合材料界面实现可调控、定向有序排列的界面相。并通过分子动力学(MD)模拟方法,在分子水平上探索了炭纤维聚合物基复合材料的界面作用规律,这对于推动我国复合材料界面科学理论及表面处理技术的发展,具有重要的理论和实际意义。 针对环氧树脂(EP),选用金表面自组装硫醇分子体系。采用分子模拟方法探讨了不同链长、不同末端官能团的硫醇分子对分子自组装膜(SAMs)/Au(111)与环氧树脂界面性能的影响,并且通过实验对模拟结果进行了验证。 在分子模拟部分,采用密度泛函理论(DFT)研究了甲基硫醇(MT)及2-巯基乙醇(ME)在Au(111)表面的吸附结构,结果表明其最稳定的吸附位置为bri-fcc位。在DFT研究基础上,建立了满覆盖率下的功能化烷基硫醇分子S(CH_2)_nX(X =-OH、-NH_2、-COOH,n=1~17)在Au(111)表面的初始吸附结构,并采用MD模拟方法对其排列结构进行了研究。模拟结果表明,不同末端官能团的SAMs结构随链长的变化趋势是相似的,并且三种SAMs的稳定性强弱顺序为:S(CH_2)_nCOOHS(CH_2)_nNH_2S(CH_2)_nOH。 以Au(111)表面自组装S(CH_2)_nX的MD模拟结果为初始表面模型,建立了SAMs/Au(111)与环氧树脂的界面模型,通过模拟退火法,寻找最低能量的界面结构。模拟结果表明,对三种不同的界面体系,界面结构最稳定时的自组装分子链长分别为n=10、11。这三种界面体系的稳定性顺序为:S(CH_2)_nNH_2/EPS(CH_2)_nCOOH/EPS(CH_2)_nOH/EP。 采用化学镀金方法使CF表面金属化,然后在其表面自组装上5种硫醇分子[S(CH_2)_nOH(n=2,6,11)、S(CH_2)_2NH_2、S(CH_2)_2COOH],考察不同的自组装分子对CF/EP复合材料界面剪切强度(IFSS)的影响。实验结果表明,对于S(CH_2)_nOH,链长n为11的复合材料的IFSS比n=2、6的复合材料的IFSS要高,并且随着链长的增加,IFSS先减小后增大。而对于同一链长、不同末端官能团的硫醇分子,其复合材料IFSS的大小顺序为:S(CH_2)_2NH_2S(CH_2)_2COOHS(CH_2)_2OH。这一结果与本文MD模拟结果完全一致。 针对聚芳基乙炔(PAA)树脂,选用羟基化表面/有机硅烷偶联剂的自组装体系。采用MD方法重点研究了偶联剂链长对CF/PAA界面性能的影响。模拟结果表明,CF/PAA界面作用能随偶联剂分子链长的增大,呈现先减小后增大的趋势;当n=100时,界面能最低,界面结构最稳定。CF/PAA界面作用能与硅烷偶联剂的分子链与PAA分子之间发生的缠结作用以及偶联剂碳链在炭纤维表面的覆盖率有关。 采用臭氧化法对CF表面进行硅烷偶联剂改性,并对自组装不同链长偶联剂(n=1~18)的CF/PAA复合材料进行层间剪切强度(ILSS)和IFSS测试。实验结果表明,随着偶联剂碳链长度的增加,复合材料的界面强度逐渐增大。对其层间剪切断口的扫描电子显微镜(SEM)分析同样表明复合材料的界面粘结性能随碳链长度的增加而改善。对CF/PAA复合材料,其界面性能提高的主要原因是自组装于炭纤维表面的偶联剂分子链和PAA树脂的分子链之间发生的缠结作用,并且这种作用在n≤18时随着偶联剂分子链长度的增加而增强,这一规律与本文MD模拟得到的规律是一致的。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 赵稼祥,王曼霞;复合材料用高性能炭纤维的发展和应用[J];新型炭材料;2000年01期
2 ;《第四届全国新型炭材料学术研讨会议论文集》《炭纤维及其复合材料》[J];新型炭材料;2000年03期
3 赵稼祥;日本三菱化学公司炭纤维的进展[J];炭素;2001年03期
4 赵东林,沈曾民,迟伟东;炭纤维及其复合材料的吸波性能和吸波机理[J];新型炭材料;2001年02期
5 王成国,朱波,蔡华甦;制约我国炭纤维工业发展的原因分析[J];山东大学学报(工学版);2002年06期
6 王丽南,王浔,王严东,韩健;高功率激光热处理法制备高性能炭纤维/镍复合材料的可行性研究[J];炭素技术;2002年06期
7 丰田昌宏;炭纤维层间化合物的制备及其膨化(英文)[J];新型炭材料;2002年01期
8 А.И.布里亚,Η.Г.契尔卡索娃,王剑锋,王为钢,戴伊文;以酚醛树脂和沥青炭纤维为基础的炭质复合材料[J];新型炭材料;2002年03期
9 邱海鹏,宋永忠,郭全贵,翟更太,刘朗;高导热炭纤维及其炭基复合材料[J];功能材料;2002年05期
10 戈敏,沈曾民;气相催化裂解法制备微米级螺旋形炭纤维的研究[J];新型炭材料;2003年01期
11 吴法宇,杜金红,刘辰光,李莉香,成会明;螺旋炭纤维的微观结构与储能特性[J];新型炭材料;2004年02期
12 肖春;侯卫权;邹武;刘建军;于玲;;热处理温度对炭纤维结构和性能的影响[J];炭素技术;2006年06期
13 岑贞章;戴光泽;董立新;刘力菱;刘存平;;表面处理对炭纤维挂膜性能的影响研究[J];重庆工学院学报(自然科学版);2007年05期
14 Bahar Demirel;Salih Yazicioglu;;炭纤维增强轻质矿粉混凝土的热电行为(英文)[J];新型炭材料;2008年01期
15 ;椰炭纤维[J];纺织装饰科技;2009年03期
16 毕辉;寇开昌;王召娣;王志超;张教强;;石墨化对微螺旋炭纤维热氧化动力学的影响[J];新型炭材料;2009年04期
17 陈贤清;唐永艳;;炭纤维载体表面快速固着机理研究[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2010年01期
18 ;高模量炭纤维的现状及发展[J];炭素技术;2010年04期
19 王学兰;曾黎明;;炭纤维上浆剂的研究进展[J];炭素技术;2011年02期
20 ;文摘[J];炭素技术;2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 杜金红;成敬豹;白朔;成会明;;螺旋形炭纤维/环氧树脂复合材料的制备与性能(英文)[A];2006年全国功能材料学术年会专辑(Ⅲ)[C];2006年
2 张斌;符若文;章明秋;董先明;赵斌;;气相生长炭纤维/聚苯乙烯复合材料导电气敏性能的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
3 张向倩;孙蔷;陆安慧;;胶体型介孔炭纤维的设计合成及超级电容器性能研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第27分会:多孔功能材料[C];2014年
4 杜金红;白朔;英哲;任文才;张樱;孙超;成会明;;纳米炭纤维微波介电性能的研究[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2001年
5 韩学政;张宝华;张本孟;蒋秀凤;宋均宜;;椰炭纤维/VILOFT/丽赛/棉混纺面料的研发[A];“丰源杯”全国浆纱、织造学术论坛暨2011织造年会论文集[C];2011年
6 马金瑞;李敏;贾晶晶;张佐光;;纤维表面浸润性的接触角测试方法研究[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 朱群玉;聚丙烯腈基活性中空炭纤维的制备和性能的研究[D];东华大学;2005年
2 杨小平;炭纤维层压导电复合材料及其活性炭纤维纸功能化的研究与应用[D];北京化工大学;2001年
3 孙俊芬;聚丙烯腈基活性中空炭纤维结构和性能的研究[D];东华大学;2005年
4 杨琳;炭纤维整体织物/炭—铜复合材料及其摩擦学特性的研究[D];中南大学;2011年
5 李伟;柔韧预浸炭纤维及C_f/C复合材料的制备与抗氧化研究[D];湖南大学;2009年
6 易守军;呋喃树脂炭和PAN基炭纤维的催化石墨化研究[D];湖南大学;2009年
7 周伟;耐高温炭基吸波剂的调控、结构及性能研究[D];中南大学;2014年
8 贾近;炭纤维复合材料界面自组装结构的分子动力学模拟[D];哈尔滨工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 毕辉;微螺旋炭纤维的制备与表征[D];西北工业大学;2007年
2 许林;炭纤维表面处理及结构与性能的研究[D];中南大学;2008年
3 许鹏;炭纤维上浆工艺及其对炭纤维的性能影响的研究[D];湖南大学;2012年
4 李婵;国产炭纤维的表面氧化改性及其机理研究[D];中南大学;2014年
5 李美霞;微生物亲和型炭纤维制备及其效果评价[D];西南交通大学;2010年
6 王成忠;C型炭纤维的制备及其阳极氧化表面处理机理的研究[D];北京化工大学;2001年
7 杨志武;乙烯焦油沥青基通用级炭纤维的制备及研究[D];天津大学;2012年
8 张寿荣;椰炭纤维针织物吸附性能研究[D];青岛大学;2014年
9 赵峰;炭纤维表面磁控溅射镀碳膜对复合材料界面性能的影响[D];哈尔滨工业大学;2006年
10 张向倩;纳米炭纤维的可控合成及电化学性能研究[D];大连理工大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 王虹;开创咖啡炭纤维产业链[N];中国工业报;2014年
2 谢红;咖啡炭纤维混纺纱线面世[N];中国纺织报;2011年
3 特约记者 金鑫;咖啡炭纤维多组分保暖织物通过鉴定[N];中国纺织报;2014年
4 张晓东 王波;沥青碳纤维项目落户阆中[N];南充日报;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978