碳纖維表面改性對(duì)復(fù)合材料性能的影響

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1、碳纖維表面改性對(duì)復(fù)合材料性能的影響張雪劉媛楊斌王新靈上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院摘要：釆用氨基硅烷偶聯(lián)劑對(duì)碳纖維進(jìn)行表面改性，并以改性前后的碳纖維分別作為增強(qiáng)纖維，以尼龍66（PA66）樹脂作為基體制成復(fù)合材料。采用X-射線衍射（XPS）、掃描電子顯微鏡（SEM）、動(dòng)態(tài)機(jī)械性能分析（DMA）、力學(xué)性能測試等手段對(duì)復(fù)合材料界而的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了表征。研宂了碳纖維表而改性對(duì)復(fù)合材料性能的影響，結(jié)果表明:碳纖維改性后表面活性官能團(tuán)數(shù)增加，0—C=0和C=0的含量分別增加了95.24%和508.45%;碳纖維表面粗糙度增加，且與熱塑性PA66樹脂之間的結(jié)合強(qiáng)度顯著增強(qiáng)；同時(shí)，改性后復(fù)合

2、材料的的力學(xué)性能提升，彎曲強(qiáng)度和彎曲模量分別提升了30MPa和424MPa,沖擊強(qiáng)度提高了6MPa,儲(chǔ)能模量顯著增加，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高約5"C。關(guān)鍵詞：碳纖維;表面改性;熱塑性復(fù)合材料;作者簡介：張雪（1990-）,女，山東濟(jì)寧人，碩士生，主要研究方向?yàn)樘祭w維復(fù)合材料。E-mail:ml8721152117@163.com作者簡介：王新靈，E-mail:xlwang@sjtu.edu.cn收稿日期：2017-01-21EffectofCarbonFiberSurfaceModificationonPropertiesofCompositesZHANGXueLIUYuanY

3、ANGBinWANGXin—lingSchoolofChemistryandChemicalEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity:Abstract：Thesurfaceofcarbonfiber(CF)wasmodifiedbyaminosilanecouplingagentandintroducedintopolyamide66(PA66)resin.XPS，SEM,DMAandmechanicalperformancetestswereusedtocharacterizethestructureandpropertiesofthe

4、interfaceofcomposites.Theeffectofcarbonfibersurfacemodificationonthepropertiesofthecompositeswerestudied.Resultsshowedthatthesurfaceactivefunctionalgroupsincreasedaftermodification,suchasthecontentof0—C=0andC=0,whichwereincreasedby95.24%and508.45%respectively.Thesurfacemodificationincrease

5、dthesurfaceroughnessofcarbonfiberandenhancedthebondingstrengthbetweenthefiberanclthethermoplasticresin.Theadditionofmodifiedcarbonfiberimprovedthemechanicalpropertiescomparedtovirgincarbonfiber.Simultaneously,theflexuralstrengthandmoduluswereincreasedby30MPaand424MParespectively,andimpacts

6、trengthwasincreasedby6MPa.Thestoragemodulusincreasedsignificantly，andtheglasstransitiontemperatureincreasednearly5°C.Keyword：carbonfiber;surfacemodification;thermoplasticcomposites;Received：2017-01-21碳纖維含碳量在95%以上，具有密度低(1.75~2.00g/cm)、比強(qiáng)度高、比模量高、各向異性、無蠕變、高導(dǎo)電導(dǎo)熱等多項(xiàng)優(yōu)異性能UL與碳纖維增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料相比，碳纖維增強(qiáng)熱塑

7、性復(fù)合材料具有可回收重復(fù)利用、可快速成型、抗沖擊、易于修復(fù)等優(yōu)點(diǎn)[2],因此在航空航天、汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。纖維増強(qiáng)復(fù)合材料的性能很大程度上取決于纖維與樹脂棊體間的界面結(jié)合強(qiáng)度，因?yàn)榻缑鏇Q定了基體和纖維間應(yīng)力傳遞的效率U1。而原碳纖維表面光滑且表面上的一層上漿劑主要適用于熱固性樹脂，而與熱塑性樹脂基體之間的界面結(jié)合很差，從而大大限制了它在熱塑性復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用。因此對(duì)于碳纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料而言，碳纖維通常需要先進(jìn)行表面改性處理，再與熱塑性樹脂棊體進(jìn)行復(fù)合，方可得到性能優(yōu)異的碳纖維増強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料。