微-納米粒子協(xié)同增強(qiáng)增韌碳纖維復(fù)合材料的實(shí)現(xiàn)機(jī)制研究.pdf

1、碳纖維復(fù)合材料由于碳纖維的各向異性和樹脂基體的脆性，通常存在橫向強(qiáng)度低，抗分層能力弱，斷裂韌性差等問題，因此研究復(fù)合材料的增強(qiáng)增韌具有重要意義。傳統(tǒng)增強(qiáng)增韌的方法大致可分為三類:第一類是對(duì)樹脂基體進(jìn)行改性，但增韌劑的加入會(huì)導(dǎo)致基體粘度的驟增，增加復(fù)合材料成型加工的難度，而且對(duì)復(fù)合材料的增強(qiáng)增韌效率較低;第二類方法是直接增韌復(fù)合材料層間方向或厚度方向的薄弱區(qū)域，該方法增韌效率高，但通常會(huì)犧牲復(fù)合材料的剛性和強(qiáng)度;第三類方法是對(duì)纖維進(jìn)行表面

2、物理或者化學(xué)改性，改善碳纖維與樹脂基體之間的界面相容性和粘結(jié)強(qiáng)度。本文綜合三類方法的優(yōu)缺點(diǎn)，建立了熱塑性微米粒子原位層間增韌的新方法，利用微/納米粒子之間的自組裝效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了協(xié)同增強(qiáng)增韌復(fù)合材料的效果，同時(shí)研究了熒光納米粒子對(duì)碳纖維/環(huán)氧基體界面層的熒光標(biāo)記和界面增強(qiáng)作用。
　　1.設(shè)計(jì)聚醚砜(PES)和聚酰胺(PA)微米粒子協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂基體，以具有活性端基的低分子量聚醚砜作為環(huán)氧樹脂的本體增韌劑，通過半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效提高

3、了環(huán)氧樹脂基體的柔性。PA則以不溶性微米粒子的形式均勻分散在樹脂中，起到顆粒增韌的作用，成功制備了PES與PA協(xié)同增韌的環(huán)氧樹脂基體。采用熱熔法成型工藝制備碳纖維預(yù)浸料，建立了微米粒子“原位層間增韌”復(fù)合材料的方法。研究了PA微米粒子在預(yù)浸料表面的分散和取向狀態(tài)，根據(jù)熱熔法預(yù)浸料的加工過程，建立了纖維篩濾和剪切壓延取向的機(jī)理模型。由于PA微米粒子富集在復(fù)合材料的層間區(qū)域，原位形成了層間增韌層，復(fù)合材料的層間斷裂韌性和損傷容限顯著提高，Ⅰ

4、型斷裂韌性GIC和沖擊后壓縮強(qiáng)度(CAI)分別提高了181％和177％。
　　2.通過酸化-環(huán)氧化兩步法制備了環(huán)氧官能化碳納米管(MWNTs-EP)，研究了不同結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂對(duì)MWNTs-EP的接枝率和分散性的影響。三官能度環(huán)氧樹脂TGAP由于反應(yīng)活性高，MWNTs-TGAP的接枝率最高，在環(huán)氧樹脂中的分散穩(wěn)定性好。力學(xué)性能和微觀形貌研究表明，高接枝率MWNTs-TGAP對(duì)環(huán)氧樹脂體系的增強(qiáng)效果最佳。
　　3.由于高接枝率環(huán)氧

5、官能化碳納米管(MWNTs-EP)表面呈電負(fù)性，PA微米粒子表面帶正電，通過靜電吸附作用，制備了自組裝的微-納米雜化粒子PA-MWNTs-EP。將自組裝微-納米粒子引入復(fù)合材料層間增韌膠膜，研究了其對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明PA-MWNTs-EP層間增韌的復(fù)合材料層間斷裂韌性和層間剪切強(qiáng)度均明顯高于單獨(dú)采用PA微米粒子或MWNTs-EP納米粒子層間增韌的復(fù)合材料，微-納米粒子增強(qiáng)增韌的協(xié)同效應(yīng)歸因于PA-MWNTs-EP雜化粒子