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《復(fù)合材料增強(qiáng)體的跨尺度設(shè)計及其界面增強(qiáng)機(jī)制研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、博士學(xué)位論文復(fù)合材料增強(qiáng)體的跨尺度設(shè)計及其界面增強(qiáng)機(jī)制研究HIERARCHICALDESIGNOFCOMPOSITESREINFORCEMENTANDSTUDYONITSINTERFACIALENHANCEMENTMECHANISM彭慶宇哈爾濱工業(yè)大學(xué)2014年5月國內(nèi)圖書分類號：TB332學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：620密級：公開工學(xué)博士學(xué)位論文復(fù)合材料增強(qiáng)體的跨尺度設(shè)計及其界面增強(qiáng)機(jī)制研究博士研究生：彭慶宇導(dǎo)師：赫曉東教授副導(dǎo)師：李宜彬教授申請學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：材料學(xué)所在單位：航天學(xué)院答辯日
2、期：2014年5月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TB332U.D.C:620DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringHIERARCHICALDESIGNOFCOMPOSITESREINFORCEMENTANDSTUDYONITSINTERFACIALENHANCEMENTMECHANISMCandidate：PengQingyuSupervisor：Prof.HeXiaodongVice-supervisor:Prof.LiYi
3、binAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：May,2014Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要現(xiàn)代航空航天技術(shù)迅猛的發(fā)展，對材料的要求也愈加苛刻。應(yīng)對這一需求，材料的復(fù)合化成為高性能新型材料最為重要的發(fā)展方向。作為復(fù)合材料的主要
4、體系之一——聚合物基復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。而在對復(fù)合材料性能的進(jìn)一步追求中，增強(qiáng)體與基體的界面以及增強(qiáng)體的分散成為復(fù)合材料性能提升的瓶頸所在。在本文中，基于跨尺度設(shè)計思想來設(shè)計復(fù)合材料增強(qiáng)體的物理與化學(xué)微結(jié)構(gòu)，以同時解決界面問題與分散問題為途徑，提升聚合物基復(fù)合材料性能為目標(biāo)，設(shè)計與制備PAMAM/碳纖維跨尺度增強(qiáng)體，納米碳/碳纖維跨尺度增強(qiáng)體，納米碳海綿跨尺度增強(qiáng)體，并對增強(qiáng)體性能進(jìn)行綜合表征。本文的主要研究內(nèi)容如下：為增加碳纖維與聚合物基體界面剪切強(qiáng)度，本文通過改善碳纖維與聚合物基體潤
5、濕，增加碳纖維與聚合物基體化學(xué)連接為途徑，采用化學(xué)自組裝方法制備了聚酰胺-胺樹枝狀大分子(PAMAM)/碳纖維跨尺度增強(qiáng)體。采用XPS判定PAMAM與碳纖維的連接方式為化學(xué)連接，進(jìn)而證明PAMAM增加了碳纖維與聚合物基體化學(xué)連接的途徑。通過表面能的測試與計算證明了PAMAM的引入使碳纖維表面能增加了30%-100%，改善了碳纖維與聚合物基體的潤濕。微滴脫粘測試結(jié)果給出界面強(qiáng)度獲得了69.3%的提升，并可通過PAMAM的接枝密度實現(xiàn)界面強(qiáng)度的調(diào)控。同時發(fā)現(xiàn)，以PAMAM接枝溶液濃度10-4mol/L為拐點，界
6、面強(qiáng)度隨PAMAM接枝濃度先增高后降低，這是由于隨PAMAM接枝密度的提高，界面破壞模式由碳纖維與環(huán)氧樹脂間較弱的粘接破壞轉(zhuǎn)變?yōu)檩^強(qiáng)的環(huán)氧樹脂內(nèi)聚破壞，而隨PAMAM接枝濃度進(jìn)一步提高，PAMAM分子相互堆疊，破壞模式由環(huán)氧樹脂內(nèi)聚破壞轉(zhuǎn)變?yōu)镻AMAM分子間克服范德華力的分離，因此界面強(qiáng)度發(fā)生減弱。采用化學(xué)自組裝方法將具有優(yōu)異力學(xué)性能的納米碳(碳納米管、氧化石墨烯)接枝到碳纖維表面，用以增加碳纖維與聚合物基體的機(jī)械嚙合能力，同時實現(xiàn)納米碳增強(qiáng)體在基體中的均勻分散，進(jìn)而提升復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度。XPS結(jié)果可
7、以證實，納米碳以PAMAM為媒介，通過化學(xué)鍵接枝到碳纖維表面。碳納米管/碳纖維跨尺度增強(qiáng)體SEM結(jié)果表明，碳納米管在碳纖維表面實現(xiàn)了高密度，高均勻度的接枝。同時可通過控制PAMAM的接枝量來調(diào)整碳納米管的接枝密度。氧化石墨烯/碳纖維跨尺度增強(qiáng)體SEM結(jié)果表明其具有兩種接枝方-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文式：(1)氧化石墨烯邊緣與碳纖維表面連接；(2)氧化石墨烯部分鋪展在碳纖維表面，另一部分延伸出碳纖維表面，相互支撐搭接。表面能測試與計算結(jié)果表明，接枝納米碳后碳纖維與聚合物潤濕性能獲得改善。由于碳納米管
8、與氧化石墨烯的引入改善了碳纖維與環(huán)氧樹脂的界面潤濕，同時提供了有效的機(jī)械互鎖，通過阻止裂紋在界面上的擴(kuò)展而使界面強(qiáng)度分別提升111%與69.2%。同時，通過控制碳納米管在碳纖維表面接枝的密度可實現(xiàn)對界面強(qiáng)度的調(diào)控。以同時實現(xiàn)納米碳增強(qiáng)體分散性與界面相容性為途徑，提升納米碳增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料整體力學(xué)性能為目標(biāo)，采用碳納米管氧化切割方法，將化學(xué)氣相沉積制備的碳納米管海綿模版原位轉(zhuǎn)變?yōu)槭Ш＞d。石墨烯帶海綿的SE
