碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料表面功能涂層制備研究.pdf

1、本研究旨在提高碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料在特殊應(yīng)用下的耐特殊介質(zhì)腐蝕能力，采用等離子體表面技術(shù)在碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料表面進行功能涂層的制備。為了克服碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料表面極性弱、表面膜層結(jié)合強度低等缺點，先使用霍爾源放電等離子體對碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料進行表面活化處理，以提高其表面極性和浸潤性，再通過直流磁控濺射技術(shù)在碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料表面低溫制備Al涂層。設(shè)計不同等離子體處理工藝，改變等離子體類型，通過接觸角測試、拉伸

2、試驗、金相分析、掃描電鏡分析和紅外光譜分析，對比等離子體處理前后碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料表面浸潤性、表面形貌、力學(xué)性能和表面官能團的變化，并探究等離子體處理碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料的最佳工藝。利用X射線衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)分析碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料表面Al涂層組織結(jié)構(gòu)，自行設(shè)計垂直拉伸裝置測定涂層與基體間的結(jié)合強度，并探究不同等離子體處理功率和處理前后不同涂層厚度對膜基結(jié)合強度的影響。通過耐含氟介質(zhì)腐蝕性實驗，對比

3、Al涂層制備前后碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料的耐含氟介質(zhì)腐蝕能力，結(jié)果表明:
　　(1)等離子體處理后碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料與蒸餾水的接觸角明顯降低，表面浸潤性和自由能顯著提高。等離子體處理效果與工藝參數(shù)和等離子體類型密切相關(guān)，接觸角隨處理電流、氣壓的增加先降低后上升，隨處理時間的延長先迅速降低后趨于穩(wěn)定，當(dāng)處理電流為1A、氣壓為1Pa、處理時間為10min時，接觸角達到極小值，表面浸潤性最佳。相同工藝參數(shù)下，不同類型等離子體處理效

4、果依次為:O2＞N2＞Ar。
　　(2)經(jīng)等離子體處理后，碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料表面的處理效果存在時效性，即隨著放置時間的延長處理效果下降。等離子體處理時效性與氣體源和保存環(huán)境有關(guān)，常溫去離子水中保存可提高時效性，氧等離子體處理后時效性較好，氬等離子體次之，氮等離子體最差。
　　(3)金相顯微鏡和SEM觀察可知，等離子體處理后碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料表面吸附的雜質(zhì)小顆粒明顯減少，刻蝕痕跡明顯，表面粗糙度增加，纖維樹脂間粘連

5、程度增加。紅外光譜分析結(jié)果顯示，氬等離子體處理后，碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料表面C-C數(shù)量減少，C-O數(shù)量增加，同時酯基數(shù)量減少，酮基、羧基和醇羥基數(shù)量相應(yīng)增加;氧等離子體處理后CH2-O-CH2吸收峰強度增大;氮等離子體處理后出現(xiàn)C=N和C≡N兩個較明顯的含氮吸收峰。
　　(4)等離子體處理后，Al涂層與碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料間結(jié)合強度顯著上升，且隨處理電流的增大先上升再降低，在電流為1A時最佳。膜基結(jié)合強度隨涂層厚度增加而降低