梳型共聚物接枝碳纖維多尺度增強體的制備及其復合材料性能研究.pdf

1、碳纖維增強樹脂基復合材料(CFRP)具有高強度、高模量、密度小、可設計性和尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點,已被廣泛應用到航空航天、軍事工業(yè)領域和體育運動器材、建筑材料等民用領域。然而碳纖維表面惰性大、活性官能團少等缺陷嚴重限制了復合材料綜合性能的發(fā)揮。本文由碳纖維表面接枝梳型共聚物制備而成的多尺度增強體可以明顯提高復合材料的力學和界面性能。主要的研究內(nèi)容如下:
　　本文首先合成了RAFT鏈轉(zhuǎn)移劑三硫代碳酸酯(DDACT),同時將RAFT試劑接

2、枝在碳纖維的表面。采用可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)反應在碳纖維表面接枝聚對氯甲基苯乙烯(PCMS)的長鏈聚合物,紅外光譜、熱失重、X射線光電子能譜和核磁分析表明 PCMS成功的接枝在碳纖維表面,且接枝率為8.75％。掃描電鏡結(jié)果顯示PCMS以“須”狀形式分布在纖維表面上。
　　其次,以碳纖維表面接枝上的 PCMS為大分子引發(fā)劑,通過原子轉(zhuǎn)移自由基(ATRP)聚合反應在碳纖維表面的 PCMS主鏈上接枝聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(PG

3、MA)支鏈,制備出梳型共聚物(P(CMS-g-GMA))接枝碳纖維多尺度增強體。紅外光譜、熱失重、X射線光電子能譜和核磁分析表明P(CMS-g-GMA)成功的接枝在碳纖維表面,且接枝率為10.75%。表面能測試結(jié)果表明,接枝 PCMS和P(CMS-g-GMA)后的碳纖維表面極性分量都有所增大,相比于碳纖維原絲,梳型共聚物/碳纖維多尺度增強體的表面能提高了22.08%。掃描電鏡結(jié)果表明梳型共聚物在纖維表面分布較為均勻。
　　最后,以

4、環(huán)氧樹脂為基體,通過熱壓成型工藝制備出梳型共聚物/碳纖維多尺度增強體復合材料,研究了P(CMS-g-GMA)的引入對復合材料力學性能的影響。結(jié)果表明梳型共聚物/碳纖維多尺度增強體的單絲拉伸強度和復絲拉伸強度比原絲分別提高了18.53%和46.95%。多尺度增強體復合材料的層間剪切強度(ILSS)和彎曲強度分別比原絲復合材料分別提高了84.99%和78.12%。通過微滴脫粘法研究P(CMS-g-GMA)的引入對單絲樹脂微滴復合材料的界面性

5、能的影響,結(jié)果表明經(jīng)P(CMS-g-GMA)接枝后的碳纖維復合材料的界面剪切強度(IFSS)比原絲復合材料提高了143.62%。復合材料斷口形貌的掃描電鏡結(jié)果表明,多尺度增強體復合材料發(fā)生剪切破壞時表現(xiàn)為韌性斷裂,纖維很少出現(xiàn)從樹脂基體中拔脫的現(xiàn)象,纖維與樹脂基體間的界面結(jié)合性能良好。多尺度增強體復合材料界面性能得到改善的原因主要有:(1) P(CMS-g-GMA)的引入改善了碳纖維與樹脂間的浸潤性,同時梳形聚合物所帶的活性官能團能夠參