碳纖維織物增強聚醚醚酮基(CFF-PEEK)航空復合材料的制備及其界面改性.pdf

1、由于成型速度快、可回收、損傷容限高等優(yōu)勢，碳纖維織物（Carbon fiber fabrics, CFF）增強熱塑性復合材料近些年發(fā)展迅猛。聚醚醚酮（Polyetheretherketone, PEEK）由于具有優(yōu)異的力學性能、耐化學腐蝕、抗疲勞及熱穩(wěn)定性，是一種有潛力的先進熱塑性復合材料基體。但是，PEEK的熔融粘度大，對絲束密集的CFF浸漬比較困難，纖維與基體的相互作用較弱，仍是碳纖維織物增強聚醚醚酮基（CFF/PEEK）熱塑性復合

2、材料成型面臨的巨大難題，限制了其應用。
　　本文采用熱壓法制備CFF/PEEK復合材料。采用示差掃描量熱法（differential scanning calorimetry, DSC）、熱失重分析（thermal gravity analysis, TGA）等測試手段對PEEK性能進行表征，研究了熱壓溫度、壓力等工藝參數(shù)對復合材料綜合力學性能的影響規(guī)律，最終確定的優(yōu)化工藝條件為：熱壓溫度395℃，熱壓壓力2.5MPa。在優(yōu)化工藝

3、條件下制備出的CFF/PEEK復合材料的拉伸強度為714.29MPa，彎曲強度為955.84MPa，層間剪切強度為51.91MPa，沖擊強度為44.60kJ/m2。借助掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope, SEM）、金相顯微鏡等測試手段觀察復合材料的斷面，PEEK基體樹脂完全滲透到CFF單絲之間，樹脂和纖維分布均勻且孔隙率僅為1.25％。
　　通過碳纖維（Carbon fiber, CF）表面

4、處理，研究了CFF/PEEK復合材料界面改性方法。分別采用丙酮回流法和高溫法對商業(yè)級CF表面進行去漿處理，最佳工藝條件為70℃丙酮回流處理10小時，盡管該條件下纖維單絲強度損失為5.75%。為了增強PEEK和CF的界面結合強度，采取濃HNO3和高溫處理相結合的辦法對去漿后的CF表面進行活化處理；并分別用KH560和KH570硅烷偶聯(lián)劑、可溶性聚醚酰亞胺（Polyetherimide, PEI）溶液、可溶性聚酰亞胺（Polyimide,

5、PI）原漿、磺化聚醚醚酮（Sulfonated polyetheretherketone, SPEEK）溶液等對活化CF進行表面修飾。實驗結果表明，當采用SPEEK濃度為5g/L的二甲基甲酰胺（Dimethylformamide, DMF）溶液對活化CF進行涂層處理時，復合材料層間剪切強度和儲能模量達到最高，復合材料基體-增強體界面獲得顯著改善。
　　本文采用熱處理來解決CFF/PEEK復合材料中制品曲翹、基體內部結晶不均勻、存在