碳纖維增強環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料研究進展

碳纖維增強環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料研究進展黃洪亮10721325

高性能塑料與工程2019.01.1311.碳纖維表面處理

高性能塑料與工程2019.01.132.復(fù)合體系及其特點6.EP／CF復(fù)合材料的應(yīng)用5.EP／CF復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)表征方法4.EP／CF復(fù)合材料的成型工藝3.EP/CF復(fù)合材料的增強機理2

高性能塑料與工程背景介紹2019.01.13EP/CF復(fù)合材料的發(fā)展：3

高性能塑料與工程第一部分：碳纖維表面處理2019.01.13表面處理目的：提高碳纖維增強復(fù)合材料中碳纖維與基體的結(jié)合強度。途徑：

清除表面雜質(zhì)；在纖維表面形成微孔或刻蝕溝槽，從類石墨層面改性成碳狀結(jié)構(gòu)以增加表面能；引進具有極性或反應(yīng)性官能團；形成能與樹脂起作用的中間層。4

高性能塑料與工程第一部分：碳纖維表面處理2019.01.1352019.01.13W.H.Leeetal./AppliedSurfaceScience171(2019)136-142

氣相氧化法是將碳纖維暴露在氣相氧化劑中，在加溫、加催化劑等特殊條件使其表面氧化生成一些活性基團。

高性能塑料與工程第一部分：碳纖維表面處理氣相氧化法：6

采用液相介質(zhì)對碳纖維表面進行氧化的方法。常用的液相介質(zhì)有濃硝酸、混合酸和強氧化劑等。

高性能塑料與工程第一部分：碳纖維表面處理2019.01.13液相氧化法：趙東宇,李濱耀,余賦生.碳纖維表面的液相氧化處理改性[J]．應(yīng)用化學(xué)，2019，(4)：117

高性能塑料與工程第一部分：碳纖維表面處理2019.01.13

把碳纖維作為電解池的陽極、石墨作為陰極，在電解水的過程中利用陽極生成的氧，氧化碳纖維表面的碳及其含氧官能團，將其先氧化成羥基之后逐步氧化成酮基、羧基和CO2的過程。陽極氧化法：夏麗剛,李愛菊,陰強,王威強;碳纖維表面處理及其對碳纖維/樹脂界面影響的研究;材料導(dǎo)報,2019(5)：254-2578

高性能塑料與工程第一部分：碳纖維表面處理

利用非聚合性氣體對材料表面進行物理和化學(xué)作用的過程。等離子體氧化法：DilsizN,EbertE,WeisweilerW.Effectofplasmapolymerizationoncarbonfibersusedforfiber/epoxy．CompJColloidInterfSci，2019，170：2419

高性能塑料與工程第一部分：碳纖維表面處理2019.01.13

將某種聚合物涂覆在碳纖維表面，改變復(fù)合材料界面層的結(jié)構(gòu)與性能，使界面極性等相適應(yīng)以提高界面粘結(jié)強度，同時提供一個可消除界面內(nèi)應(yīng)力的可塑界面層。表面涂層改性法：西北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院曾金芳等采用活性涂層、剛性涂層和柔性涂層，分別對HTA—P30碳纖維進行表面處理活性涂層可顯著改善復(fù)合材料的剪切性能，而且涂層濃度對性能的影響非常敏感，當(dāng)濃度為1％-2％時，剪切強度可以提高20％。結(jié)果曾金芳.喬生儒.丘哲明等.纖維表面處理對碳纖維復(fù)合材料剪切性能影響．固體火箭技術(shù)，2019，25(4)：45—4910

高性能塑料與工程第二部分：復(fù)合材料基本特點2019.01.13EP/CF復(fù)合材料具有優(yōu)異的性能：11常規(guī)的CF：表面平滑活性官能團少表面能低，呈現(xiàn)表面化學(xué)惰性，與EP基體浸潤性較差，復(fù)合材料界面黏合力較弱。

高性能塑料與工程第三部分：增強機理2019.01.13EP/CF復(fù)合材料的增強機理：因此，需要對CF表面改性處理，提高其與基體樹脂的黏結(jié)性，進而提高復(fù)合材料的性能。其表面石墨層面邊緣較大面積氧化，邊緣活性點數(shù)量增加，致使凹凸不平的表面更有利于與EP基體的鍵合，使復(fù)合材料的剪切性能提高。同時，其表面能增加，顯著改善了CF與基體間的潤濕性，接觸角減小，表面呈現(xiàn)親液性。另外，經(jīng)過處理后，其表面出現(xiàn)了大量的羥基、羧基、醌類等官能團，提高了CF表面的極性、增強體與EP基體之間的潤濕性和它們的黏結(jié)程度。12

高性能塑料與工程第四部分：復(fù)合成型工藝2019.01.13

EP/CF復(fù)合材料的復(fù)合成型工藝:13

高性能塑料與工程第四部分：復(fù)合成型工藝2019.01.13手糊成型：孫酣經(jīng)．化工新型材料，2019(4)：42—4414

高性能塑料與工程第四部分：復(fù)合成型工藝2019.01.13樹脂傳遞成型：馬青松，等．材料科學(xué)與工程，2000，18(4)：92—9715

高性能塑料與工程第四部分：復(fù)合成型工藝2019.01.13真空袋法成型：李斌太，等．航空材料學(xué)報，2019，26(3)：222—2216

高性能塑料與工程第四部分：復(fù)合成型工藝2019.01.13樹脂膜熔浸成型：陳立軍，等：環(huán)氧樹脂／碳纖維復(fù)合材料的成型工藝與應(yīng)用，工程塑料應(yīng)用，2019（35）：77-7917

高性能塑料與工程第四部分：復(fù)合成型工藝2019.01.13預(yù)浸料成型：

預(yù)浸料高壓釜法示意圖張彥中．纖維復(fù)合材料，2019(1)：26—3018

高性能塑料與工程第四部分：復(fù)合成型工藝2019.01.13拉擠成型：WingardCD．ThemlochimieaActa，2000，357／358：293—30119

高性能塑料與工程第五部分：界面結(jié)構(gòu)表征方法2019.01.13EP/CF復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)表征方法：電鏡分析掃描電子顯微鏡(SEM)透射電子顯微鏡(TEM)掃描隧道顯微鏡(STM)原子力顯微鏡(AFM)譜學(xué)分析離子散射譜(ISS)二次離子質(zhì)譜(SIMS)俄歇電子譜(AES)X射線光電子譜(XPS)盧瑟福背散射(RBS)紅外光譜(IR)紫外光譜(UV)20

高性能塑料與工程第六部分：復(fù)合材料的應(yīng)用2019.01.13EP／CF復(fù)合材料的應(yīng)用：21Experimentalstudyofmechanicalandelectricalpropertiesofcarbonnanofiber/epoxycomposites碳納米纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的機械性能和電性能的實驗研究

高性能塑料與工程文獻部分2019.01.13SmrutisikhaBal；Experimentalstudyofmechanicalandelectricalpropertiesofcarbonnanofiber/epoxycomposites；MaterialsandDesign31(2019)2406–241322CNF(0.5wt.%,0.75wt.%and1wt.%）增強EP不同含量的碳納米纖維對環(huán)氧樹脂的增強效果將復(fù)合材料分別在室溫環(huán)境下固化（23℃）和在冷凍環(huán)境下固化（4℃）不同的固化方式對復(fù)合材料性能的影響

高性能塑料與工程文獻部分2019.01.131.Purpose:232.1.Materials環(huán)氧樹脂、固化劑、碳納米纖維(CNFs)2.2.Preparationofcomposites

高性能塑料與工程文獻部分2019.01.132.Materialsandmethods24機械性能

彎曲性能

硬度電性能拉曼光譜電鏡透射電子顯微鏡（TEM）掃描電子顯微鏡

（SEM）

高性能塑料與工程文獻部分2019.01.132.3.characterization25

高性能塑料與工程文獻部分2019.01.133.Resultsanddiscussion3.1.Bendingexperiments26

高性能塑料與工程文獻部分2019.01.133.2.Hardnessresults27

高性能塑料與工程文獻部分2019.01.133.3.Electricalmeasurement28

高性能塑料與工程文獻部分2019.01.133.4.RamanspectroscopyFig.8.Ramanspectraof(a)roomtemperatureand(b)Refrigeratednanocomposites.29

高性能塑料與工程文獻部分2019.01.133.5.ElectronmicroscopicstudyFig.9.DispersionofCNFsinepoxymatrix(insidearrowsindicateagglomeration)in(a)C1.0and(b)RC1.0.30

高性能塑料與工程文獻部分2019.01.13Fig.10.FracturesurfaceofCNF/epoxycompositesof(a)C1.0and(b)RC1.0.31

高性能塑料與工程文獻部分2019.01.13Fig.11.(a)FracturesurfaceofepoxymatrixEand(b)InteractionbetweenmatrixandcarbonnanofiberinnanocompositeC1.0.32

高性能塑料與工程文獻部分2019.01.13Fig.12.FracturesurfaceofC1.0sample(a)alongx-directionshowinghorizontalalignmentoffibers;(b)alongz-directionshowingverti