碳纖維表面金屬化改善CFRC導(dǎo)電性及壓敏性研究.pdf

1、碳纖維水泥基復(fù)合材料(CFRC)作為一種新型機(jī)敏材料，具有優(yōu)良的力學(xué)性能和功能特性，在大壩、道路、橋梁等大型基礎(chǔ)設(shè)施的自診斷、自監(jiān)測(cè)等方面有良好的應(yīng)用前景。在CFRC成型制備過(guò)程中，碳纖維均勻分散是決定碳纖維水泥基復(fù)合材料導(dǎo)電性和壓敏穩(wěn)定性的關(guān)鍵問(wèn)題之一，同時(shí)碳纖維與水泥基體之間界面是傳遞應(yīng)力和其它信息的橋梁，界面性能直接影響著CFRC的綜合性能。
　　本文首先對(duì)碳纖維表面進(jìn)行金屬化處理，主要采用電鍍的方式在碳纖維表面電鍍不同厚度

2、的銅層或鎳層；將電鍍后的碳纖維摻入水泥凈漿中制成CFRC試件，研究碳纖維表面金屬化處理對(duì) CFRC中碳纖維分散性的影響，用碳纖維電鍍后CFRC電阻率的變化來(lái)間接評(píng)價(jià)纖維的分散效果。然后在單調(diào)荷載和循環(huán)荷載下研究碳纖維表面電鍍金屬對(duì)CFRC壓敏性的影響，建立纖維表面鍍層厚度與 CFRC導(dǎo)電性和壓敏性的關(guān)系。最后，采用交流阻抗譜分析碳纖維表面金屬化處理對(duì)CFRC導(dǎo)電性的影響以及其導(dǎo)電機(jī)理。取得主要結(jié)論如下：
　　①為防止碳纖維失去柔軟

3、性和金屬鍍層結(jié)塊，電鍍時(shí)電流密度和電鍍時(shí)間不宜過(guò)大，應(yīng)分別控制在1.5 mA/cm2和20 min范圍內(nèi)，電鍍后碳纖維的導(dǎo)電性明顯提高。
　?、谔祭w維表面電鍍金屬可以顯著降低 CFRC的電阻率，減小電阻變異系數(shù)，提高碳纖維的分散性，同時(shí)不會(huì)影響其強(qiáng)度發(fā)展，但鍍層不宜過(guò)厚，平均厚度應(yīng)控制在2μm以內(nèi)；碳纖維表面電鍍金屬后，CFRC的電阻率隨鍍層厚度的增加而降低，且鍍鎳的電阻率比鍍銅的低，最低電阻率分別為65Ω·cm和246Ω·cm。

4、
　?、厶祭w維水泥基復(fù)合材料在壓應(yīng)力作用下存在壓-阻效應(yīng)，在單調(diào)荷載作用下，金屬鍍層厚度增加，電阻變化率先增大后減??；當(dāng)碳纖維體積摻量增加時(shí)，CFRC的電阻變化率最大值對(duì)應(yīng)的鍍層厚度越小，這表明碳纖維表面電鍍金屬可以在較低纖維摻量下獲得良好的壓敏特性；在小應(yīng)力循環(huán)荷載下，碳纖維表面鍍鎳的CFRC壓敏性穩(wěn)定。
　　④通過(guò)CFRC的交流阻抗譜分析，發(fā)現(xiàn)碳纖維在CFRC中摻量的滲濾閾值在0.6％左右；同時(shí)隨著碳纖維表面鍍層厚度增加