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《炭纖維表面胺基化及其對(duì)復(fù)合材料界面的影響》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所博士學(xué)位論文炭纖維表面胺基化及其對(duì)復(fù)合材料界面的影響姓名：胡培賢申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：材料學(xué)指導(dǎo)教師：劉朗;楊永崗20081001摘要摘要炭纖維及其復(fù)合材料具有非常卓越的性能，如低密度、高比強(qiáng)度和高比模量、抗疲勞、耐腐蝕、耐磨等，因而在高技術(shù)領(lǐng)域占有非常重要的地位。雖然炭纖維增強(qiáng)復(fù)合材料最初是為了滿足航空航天和軍工技術(shù)的要求而發(fā)展起來(lái)的，但目前也被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)，例如造船、核技術(shù)、電工電子、采礦、醫(yī)藥、運(yùn)動(dòng)器材、建筑、汽車等不同領(lǐng)域。未經(jīng)表面處理的炭纖維制得的復(fù)合材料界面粘結(jié)較弱，故其應(yīng)用
2、受到了極大的限制。因此，炭纖維在使用前必須經(jīng)過(guò)表面處理。在了解了國(guó)內(nèi)外炭纖維表面處理的基礎(chǔ)上，本文開發(fā)了一種在炭纖維表面引入胺基官能團(tuán)的方法。用此方法處理后，炭纖維一環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度達(dá)到llOMPa以上，完全滿足炭纖維的使用標(biāo)準(zhǔn)，并且使用這種方法處理炭纖維所用設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，成本較低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。通過(guò)采用X光電子能譜(XPS)、接觸角測(cè)定儀、原子力顯微鏡(AFM)、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)等評(píng)價(jià)手段研究了空氣氧化、氣相胺化和液相胺化處理對(duì)炭纖維表面元素、浸潤(rùn)性、表面形貌以及強(qiáng)度的影響。并采用三點(diǎn)短梁法、復(fù)合材料
3、界面評(píng)價(jià)測(cè)試儀和掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度(ILSS)、界面剪切強(qiáng)度(IFSS)、復(fù)合材料斷面形貌進(jìn)行了考察，主要得到以下結(jié)論：1、采用氨氣、多乙烯多胺(HEPA)和三乙烯四胺(TETA)處理均能在炭纖維表面引入氮元素。氨氣處理后炭纖維表面氮元素含量增加1倍，多乙烯多胺和三乙烯四胺處理后能使氮元素含量增加到5％以上。在炭纖維表面增加的氮元素大多以胺基的形式存在。2、經(jīng)過(guò)空氣處理后，炭纖維表面形成片狀尖蜂狀態(tài)，強(qiáng)度明顯下降。氨氣處理后炭纖維表面形成了針狀尖峰，強(qiáng)度不變。HEPA和TETA處理后，炭纖維表
4、面形貌未發(fā)生變化，但炭纖維強(qiáng)度略有升高。3、經(jīng)過(guò)三種胺化方法處理后，炭纖維在環(huán)氧樹脂中的浸潤(rùn)性均得到改善。4、未處理炭纖維復(fù)合材料的ILSS為90MPa；氨氣處理后復(fù)合材料的ILSS最高達(dá)到102MPa；HEPA處理后最高達(dá)到l12MPa；而TETA處理可以達(dá)到llTMPa。炭纖維經(jīng)HEPA和TETA處理后均能使其達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。5、TETA處理后，復(fù)合材料的斷面形貌和東麗公司所產(chǎn)的炭纖維(T300)制炭纖維表面胺基化及其對(duì)復(fù)合材料界面的影響得的復(fù)合材料的斷面形貌相似。其斷裂模式屬于內(nèi)聚能破壞。6、利用原位紅外漫反射和XPS
5、分析表明，氨氣處理溫度在500℃以上。炭纖維表面上的羥基和氨氣反應(yīng)，從而可在炭纖維表面引入胺基官能團(tuán)。7、利用原位紅外漫反射和XPS分析表明，液相胺化機(jī)理主要是：液相胺類物質(zhì)受熱分解成小分子物質(zhì)，然后小分子胺類化合物和炭纖維表面的活性官能團(tuán)反應(yīng)，在炭纖維表面引入胺基。胺基官能團(tuán)主要以酰胺的形式存在。關(guān)鍵詞：炭纖維；樹脂基復(fù)合材料；胺化處理；表面處理；AbstractABSTRACTCarbonfiber(CF)anditscomposites，owingtotheirexcellentpropertiessuch嬲l(shuí)owd
6、ensity,highstiffness，hi曲specificstrength,hi曲specificmodulus，anti-fatigue,eorrossionresistance，andabilitytowithstandhightemperature，henceplayallimportantroleinhi曲七chareas．Althoughcarbonfiberreinforcedplasticcomposites(CFRP)aleinitiallydevelopedfortheaerospaceindust
7、ryanddefenseapplications，nowtheyareusedwidelyinmodemindustrysuchasshipbuilding，nucleartechnology,electricsandelectronics，mining，medicine，sportsequipment,architectureandautomobiles，etc．Withoutanysurfacetreatment，therewouldbeweakadhesionorpoorbondingbetweencarbonfib
8、ersurfaceandresinmatrix，andtheapplicationofCFRPwouldbegreatlylimited．Therefore，thesurfacetreatmentofCFisoneofthemostimportantprocessesinthepreparationof
