電聚合處理碳纖維單絲帶對樹脂基復(fù)合材料界面性能的影響.pdf

1、分別以苯酚、間苯二胺和丙烯酸為電解液，采用循環(huán)伏安法對PAN基碳纖維進(jìn)行表面電聚合處理，用作復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。實(shí)驗(yàn)研究了電聚合處理前后碳纖維結(jié)構(gòu)、性能、形貌的變化以及碳纖維單絲帶、電解液種類、電聚合時(shí)間對環(huán)氧樹脂基、酚醛樹脂基復(fù)合材料界面性能的影響，確定了不同樹脂體系中對于提高復(fù)合材料界面性能的最佳電解液種類。 分析了碳纖維在苯酚、間苯二胺、丙烯酸三種電解液中的循環(huán)伏安曲線，研究了碳纖維的循環(huán)伏安特性；通過掃描電子顯微鏡（SE

2、M）對碳纖維表面形貌的變化進(jìn)行了觀察；采用動態(tài)毛吸法測定了碳纖維與水、二碘甲烷的接觸角，分析了電聚合處理前后碳纖維潤濕性能的變化，并根據(jù)接觸角計(jì)算求得碳纖維表面極性分量與非極性分量，研究了電聚合處理對碳纖維表面極性的影響；通過傅立葉變換紅外光譜（FT-IR）對碳纖維表面新生官能團(tuán)進(jìn)行了定性分析；通過X射線衍射（XRD）對處理前后碳纖維的本體結(jié)構(gòu)以及層面間距的變化進(jìn)行了分析；通過復(fù)絲拉伸實(shí)驗(yàn)研究了電聚合處理對碳纖維拉伸強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明

3、，碳纖維表面有新的電聚合產(chǎn)物生成，表面極性提高，電聚合處理并沒有改變碳纖維的本體結(jié)構(gòu)只是層面間距有所降低，同時(shí)，電聚合處理還提高了碳纖維的復(fù)絲拉伸強(qiáng)度。 利用自制空氣梳對增強(qiáng)碳纖維進(jìn)行開纖處理，制備了碳纖維單絲帶，實(shí)驗(yàn)研究了碳纖維單絲帶對復(fù)合材料界面性能的影響。結(jié)果表明，碳纖維單絲帶提高了復(fù)合材料的橫向拉伸強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度，提高幅度分別為100％和8％以上，但復(fù)合材料的縱向拉伸強(qiáng)度有所降低；與碳纖維束增強(qiáng)的復(fù)合材料相比，碳纖維

4、單絲帶增強(qiáng)的復(fù)合材料的橫向拉伸強(qiáng)度數(shù)據(jù)的分散程度大大降低，這是碳纖維單絲帶增強(qiáng)復(fù)合材料的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)。 以電聚合處理碳纖維單絲帶作為增強(qiáng)材料，研究了電解液種類和電聚合時(shí)間對環(huán)氧樹脂基、酚醛樹脂基復(fù)合材料界面性能的影響。結(jié)果表明，苯酚、間苯二胺、丙烯酸三種電解液電聚合處理碳纖維環(huán)氧基復(fù)合材料的橫向拉伸強(qiáng)度比未處理碳纖維復(fù)合材料的橫向拉伸強(qiáng)度分別提高了43％、34％和52％，縱向拉伸強(qiáng)度分別提高了52％、64％和50％，層間剪切強(qiáng)度

5、分別提高了120％、109％和135％；電聚合處理碳纖維酚醛基復(fù)合材料的橫向拉伸強(qiáng)度比未處理碳纖維復(fù)合材料的橫向拉伸強(qiáng)度分別提高了147％、121％和109％，層間剪切強(qiáng)度分別提高了37％、20％和23％。丙烯酸電解液對于提高環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的界面性能效果顯著，而苯酚電解液對于提高酚醛樹脂基復(fù)合材料的界面性能效果顯著。 采用電聚合的方法對增強(qiáng)纖維進(jìn)行表面處理，這種方法一方面提高了碳纖維的拉伸強(qiáng)度，另一方面提高了碳纖維表面極性，