酚醛樹脂表面改性碳纖維界面行為與炭化工藝研究.pdf

1、基于國產(chǎn)CCF300碳纖維的綜合性能與進口T300碳纖維的綜合性能相比較差這一事實，本論文使用酚醛樹脂對CCF300進行炭化改性。首先采用第一性原理計算了PF/CF界面層行為，分析了界面層的差分電荷密度等高面、不同切片處的差分電荷密度以及化學(xué)鍵的布局數(shù)，然后對炭化改性后的碳纖維與脫漿前后的CCF300和T300碳纖維的表面物化性能及力學(xué)性能作了對比。在國產(chǎn)碳纖維表面涂覆一層酚醛樹脂，然后在惰性氣體的保護下進行高溫炭化，考察了酚醛樹脂的濃

2、度、炭化溫度對碳纖維表面狀態(tài)及力學(xué)性能的影響。
　　通過對PF/CF界面層的第一性原理計算，發(fā)現(xiàn)界面層中的差分電荷密度等高面受官能團影響較大，尤其是-COOH，該處的差分電荷密度等高面畸變較為嚴重，電子云相互重疊，表明在PF炭化層和碳纖維表層之間形成相互作用較強的共價鍵。對不同截面處的切片進行差分電荷密度分析，發(fā)現(xiàn)界面層中存在官能團的地方，差分電荷密度對比較為明顯，即發(fā)生明顯的電子得失。官能團不僅影響差分電荷密度，而且還影響界面層

3、中C原子的排列，使C原子發(fā)生一定程度的偏移，造成六方結(jié)構(gòu)的破壞。對界面層化學(xué)鍵的布局數(shù)進行分析，發(fā)現(xiàn)受-COOH影響，在PF炭化層與碳纖維表層之間形成了結(jié)合較強的共價鍵，這從理論上直接證明了PF/CF界面層中存在較強的共價鍵。因此，通過炭化酚醛樹脂，可以在碳纖維表面附著一層與碳纖維表層結(jié)合牢固的炭化層，并形成穩(wěn)定的界面。
　　對碳纖維進行表面涂覆PF炭化改性，發(fā)現(xiàn)隨著PF濃度的減小，PF的包覆量減小，發(fā)現(xiàn)PF最佳的濃度為1:70，

4、此時PF的包覆量與原絲的上漿劑含量相近，包覆層完整且厚度適宜。隨著PF炭化溫度的提高，碳纖維單絲的本體拉伸強度降低，較適宜的炭化溫度為700℃。在700℃下高溫炭化濃度為1:70的PF改性碳纖維，發(fā)現(xiàn)在碳纖維表面附著了一層較為均勻且完整的多孔炭結(jié)構(gòu)，正是由于這些多孔炭結(jié)構(gòu)的存在，大大增加了碳纖維的粗糙度和比表面積。粗糙度高達107.4％，相比CCF300和T300的表面粗糙度分別提高了218.7%和234.6%，表面能為43.67mJ·