炭纖維表面處理及結(jié)構(gòu)與性能的研究.pdf

1、炭纖維的力學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)和電學(xué)等綜合性能優(yōu)異，是一種很有發(fā)展前景的高性能增強材料。炭纖維增強炭基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于航空、航天、交通運輸、能源、環(huán)保等高新技術(shù)領(lǐng)域。未經(jīng)過表面處理的炭纖維表面能低，表面呈現(xiàn)憎水性，缺乏有化學(xué)活性的官能團，限制了炭纖維復(fù)合材料高性能的發(fā)揮。本文采用液相氧化、電化學(xué)氧化、化學(xué)鍍鎳和化學(xué)氣相生長納米炭纖維等方法對炭纖維表面進行改性處理，改變其表面結(jié)構(gòu)和形貌，增大比表面積，改善炭纖維的力學(xué)性能，提

2、高抗氧化性能，以期進一步改善炭纖維復(fù)合材料的性能。主要結(jié)論如下： 1、隨著硝酸氧化時間的延長，HTA炭纖維的比表面積先有明顯的增加，在氧化5min時，達到最大值14.11 m2/g，而后減小。TX-3炭纖維的比表面積剛開始略有減少，而后明顯的增加，在氧化10min時，達到最大值6.613 m2/g，最后又減小。平均孔徑的變化趨勢剛好與比表面積的趨勢相反，HTA炭纖維在20min達到最大值9.683nm；TX-3炭纖維在15min

3、達到最大值13.44nm。 2、經(jīng)過雙氧水氧化后，YX-3炭纖維的拉伸強度最大下降9％左右，HTA炭纖維的拉伸強度最大提高13％左右，兩種纖維的彈性模量都會降低。隨著硝酸氧化時間的延長，TX-3的拉伸強度會先下降，后增加，在氧化10min達到最大，為2.68Gpa，提高了4.8％，最后趨于穩(wěn)定值。HTA炭纖維的拉伸強度先增加，再減小，然后又有所增加，在20min達到最大，為3.29GPa，提高了11.5％，最后同樣趨于穩(wěn)定值。

4、 3、分別對HTA炭纖維和TX-3炭纖維進行電化學(xué)改性表面處理，通過正交試驗發(fā)現(xiàn)，HTA炭纖維最佳參數(shù)組合為：電解質(zhì)濃度15％，電流強度20mA，氧化時間60s，此時拉伸強度為3.41GPa，提高了15.6％，彈性模量為189 GPa，下降了9.1％。TX-3炭纖維最佳參數(shù)組合為：電解質(zhì)濃度15％，電流強度30mA，氧化時間40s，此時拉伸強度為2.70GPa，提高了5.5％，彈性模量為189 GPa，提高了4.4％。 4

5、、用化學(xué)鍍鎳的方法，可以在炭纖維的表面鍍上一層連續(xù)均勻致密化的鎳磷合金薄層，鍍層呈玉米顆粒狀生長和擴展?；瘜W(xué)鍍鎳提高了纖維的實際拉伸強度，但纖維的彈性模量減小。高溫氧化時，Ni-P合金和氧化生成的新相NiO和Ni3(PO4)2在炭纖維表面形成一層保護膜，可減緩炭纖維氧化的速度，提高炭纖維的抗氧化性能。 5、采用電鍍的方法在炭纖維表面沉積納米Ni單質(zhì)顆粒作為化學(xué)氣相沉積原位生長納米炭纖維的催化劑。沉積溫度在化學(xué)氣相沉積生長納米炭纖