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《江南大学》 2010年
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表面处理对整体中空GF/CF混杂复合材料界面及力学性能的影响

王娟娟  
【摘要】: 本课题利用改造后的剑杆织机设备织造出整体中空GF/CF混杂预制件,并采用DBD等离子处理及DBD等离子与偶联剂涂覆相结合的处理方法对整体中空GF/CF混杂预制件进行表面处理,使得混杂预制件中的玻、碳两种纤维和环氧树脂之间达到整体最优的界面结合性能。最终研究表面处理对整体中空GF/CF混杂复合材料界面及基本力学性能的影响。主要研究内容有以下五个部分: (1)设计并织造整体中空GF/CF混杂预制件。设计包括增强材料的选择、面板、芯材结构的设计以及组织参数的设置等方面;织造过程采用改造的剑杆织机,运用特殊的“逆向”织造方法,织造出面板平整、芯材结构清晰的整体中空GF/CF混杂预制件。 (2)利用DBD等离子设备处理整体中空GF/CF混杂预制件,并确定合适的等离子处理工艺。选取四种不同的功率,对设计织造的“8”字形、高度5mm的整体中空GF/CF混杂预制件进行等离子处理。然后采用扫描电镜、红外光谱、亚甲基蓝吸附实验、纤维浸润性实验、单丝拉伸实验来观察表征DBD等离子对混杂预制件中玻纤、碳纤的处理效果。综合分析各项表征结果,确定最适合该混杂预制件的等离子处理功率。 (3)DBD等离子和偶联剂涂覆复合处理混杂预制件,以改善纤维/树脂的界面结合性能。选取最合适的等离子功率处理混杂预制件,然后用KH560偶联剂进行涂覆。通过扫描电镜、红外光谱、化学机理分析、单丝拉伸实验等表征可以看出,复合处理方法在界面层形成牢固的化学键连接,有利于纤维与树脂更好的结合,从而赋予整体中空GF/CF混杂复合材料更好的力学性能。 (4)表面处理前后混杂预制件中纤维与树脂界面结合性能的测试与分析。通过微脱粘、碳复丝拉伸实验,分别测试等离子处理及复合处理对混杂预制件中的玻纤、碳纤与树脂界面结合性能的影响。结果表明:经过等离子处理后,玻纤和碳纤与环氧树脂的界面结合性能均有不同程度的提高,DBD等离子和偶联剂涂覆复合处理后,界面结合性能的提高效果更加显著。 (5)表面处理前后整体中空GF/CF混杂复合材料力学性能测试。利用真空辅助成型工艺将DBD等离子和偶联剂涂覆复合处理前后的混杂预制件分别与环氧树脂体系复合成型,并对成型后的整体中空GF/CF混杂复合材料进行拉伸、弯曲、压缩等基本力学性能测试。结果表明:复合处理后,整体中空GF/CF混杂复合材料的拉伸、弯曲、压缩性能均有较大幅度提高。 本课题的研究为整体结构的混杂纤维复合材料的表面改性方法提供了可靠的参考依据,同时也为整体中空混杂复合材料力学性能的优化奠定了基础。
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