作為一種增強(qiáng)材料,炭纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能、高比強(qiáng)度和模量、低密度和熱膨脹系數(shù)、耐熱性及化學(xué)穩(wěn)定性,為研究人員開(kāi)發(fā)高性能復(fù)合材料提供了動(dòng)力。目前,炭纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料(CFRP)被廣泛應(yīng)用于航空航天,體育用品以及新能源等領(lǐng)域中。但炭纖維表面狀態(tài)光滑并呈現(xiàn)化學(xué)惰性,使其與聚合物基體間的界面結(jié)合性能較差,導(dǎo)致復(fù)合材料難以發(fā)揮其優(yōu)異的綜合性能,因此需要采用化學(xué)或物理等方法對(duì)其進(jìn)行表征改性,以期提高炭纖維表面活性,從而促進(jìn)界面結(jié)合強(qiáng)度。目前很多表面處理方式都會(huì)或多或少的對(duì)炭纖維本體的拉伸強(qiáng)度造成損傷,使其不能與提高復(fù)合材料界面粘結(jié)強(qiáng)度兼得。本文以先進(jìn)聚合物基復(fù)合材料中常用的炭纖維/環(huán)氧復(fù)合材料為研究對(duì)象,根據(jù)炭纖維表面結(jié)構(gòu)特點(diǎn),采用多種改性方法相結(jié)合的方式,并選取了不同代數(shù)的PAMAM樹(shù)枝狀大分子,通過(guò)常壓等離子體、乙醇熱解炭沉積和化學(xué)反應(yīng)接枝PAMAM樹(shù)枝狀大分子法對(duì)炭纖維表面進(jìn)行處理,達(dá)到了增強(qiáng)炭纖維本體強(qiáng)度的同時(shí)又提高炭纖維/環(huán)氧復(fù)合材料界面性能的良好改性效果。為提高炭纖維本體強(qiáng)度,采用熱解炭沉積結(jié)合等離子體處理兩步法對(duì)炭纖維進(jìn)行表面改性,通過(guò)分析炭纖維表面形貌、本體強(qiáng)度及其對(duì)復(fù)合...

【文章頁(yè)數(shù)】：129 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景及目的意義
    1.2 熱解炭沉積技術(shù)的研究現(xiàn)狀
    1.3 PAMAM樹(shù)枝狀大分子的研究進(jìn)展
        1.3.1 PAMAM樹(shù)枝狀大分子概述
        1.3.2 PAMAM樹(shù)枝狀大分子的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
        1.3.3 PAMAM在復(fù)合材料改性領(lǐng)域的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀
    1.4 炭纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料界面的研究進(jìn)展
        1.4.1 炭纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料的界面改性
        1.4.2 炭纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料的界面表征
        1.4.3 炭纖維的分子組裝和分子動(dòng)力學(xué)模擬
    1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容
第2章 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)原料及實(shí)驗(yàn)設(shè)備
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料與試劑
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
    2.2 炭纖維表面修飾
        2.2.1 炭纖維表面預(yù)處理
        2.2.2 炭纖維表面氧化處理
        2.2.3 炭纖維常壓等離子體處理
        2.2.4 炭纖維乙醇熱解炭處理
        2.2.5 炭纖維表面接枝PAMAM樹(shù)枝狀大分子
    2.3 炭纖維表面及其本體性能的表征
        2.3.1 炭纖維表面形貌分析
        2.3.2 炭纖維表面元素及官能團(tuán)分析
        2.3.3 炭纖維浸潤(rùn)性及接觸角分析
        2.3.4 炭纖維單絲拉伸強(qiáng)度測(cè)定
    2.4 炭纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料界面性能表征
        2.4.1 復(fù)合材料界面剪切強(qiáng)度測(cè)定
        2.4.2 復(fù)合材料界面剪切破壞形貌分析
        2.4.3 炭纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料耐濕熱老化性能分析
        2.4.4 復(fù)合材料界面微區(qū)相對(duì)硬度測(cè)試
        2.4.5 復(fù)合材料納米壓痕硬度測(cè)試
        2.4.6 炭纖維/環(huán)氧界面相互作用能模擬計(jì)算方法
第3章 乙醇熱解炭對(duì)炭纖維及其復(fù)合材料界面性能的影響
    3.1 乙醇熱解處理炭纖維的沉積時(shí)間選擇
        3.1.1 不同沉積時(shí)間對(duì)炭纖維表面形貌的影響
        3.1.2 不同沉積時(shí)間對(duì)炭纖維表面粗糙度的影響
        3.1.3 不同沉積時(shí)間對(duì)炭纖維本體強(qiáng)度的影響
        3.1.4 不同沉積時(shí)間對(duì)炭纖維復(fù)合材料界面剪切強(qiáng)度的影響
        3.1.5 不同沉積時(shí)間處理后炭纖維/環(huán)氧復(fù)合材料斷口形貌變化
    3.2 等離子體處理炭纖維表面
        3.2.1 不同等離子體處理時(shí)間對(duì)炭纖維拉伸強(qiáng)度的影響
        3.2.2 不同等離子體處理時(shí)間對(duì)炭纖維表面形貌的影響
        3.2.3 不同等離子體處理時(shí)間對(duì)炭纖維表面元素的影響
    3.3 等離子體結(jié)合乙醇熱解炭沉積處理炭纖維表面
        3.3.1 等離子體結(jié)合熱解炭處理法對(duì)復(fù)合材料IFSS影響
        3.3.2 等離子體結(jié)合碳沉積處理后炭纖維復(fù)合材料斷口形貌變化
        3.3.3 等離子體結(jié)合碳沉積處理對(duì)炭纖維表面形貌的影響
        3.3.4 等離子體結(jié)合碳沉積處理對(duì)炭纖維表面元素的影響
        3.3.5 等離子體結(jié)合碳沉積處理對(duì)炭纖維本體強(qiáng)度的影響
    3.4 本章小結(jié)
第4章 PAMAM接枝對(duì)炭纖維及其復(fù)合材料界面性能的影響
    4.1 不同PAMAM代數(shù)接枝對(duì)炭纖維/環(huán)氧復(fù)合材料界面性能的影響
        4.1.1 不同PAMAM代數(shù)接枝后復(fù)合材料界面剪切強(qiáng)度
        4.1.2 不同PAMAM代數(shù)接枝后復(fù)合材料界面剪切破壞形貌分析
        4.1.3 不同PAMAM代數(shù)接枝后復(fù)合材料耐濕熱老化性能分析
    4.2 不同PAMAM代數(shù)接枝對(duì)炭纖維表面形貌的影響
        4.2.1 不同PAMAM代數(shù)接枝后炭纖維表面SEM形貌
        4.2.2 不同PAMAM代數(shù)接枝后炭纖維表面AFM形貌
    4.3 不同PAMAM代數(shù)接枝對(duì)炭纖維表面元素的影響
        4.3.1 炭纖維表面X-射線光電子能譜分析
        4.3.2 炭纖維表面紅外光譜分析
    4.4 不同PAMAM代數(shù)接枝對(duì)炭纖維表面能的影響
    4.5 不同PAMAM代數(shù)接枝對(duì)炭纖維本體強(qiáng)度的影響
    4.6 PAMAM接枝對(duì)復(fù)合材料界面結(jié)合能影響的分子動(dòng)力學(xué)模擬
        4.6.1 單層石墨結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建
        4.6.2 分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化和界面結(jié)合能
    4.7 本章小結(jié)
第5章 熱解炭結(jié)合PAMAM接枝對(duì)炭纖維表面及界面性能的影響
    5.1 熱解炭結(jié)合PAMAM接枝對(duì)炭纖維單絲拉伸強(qiáng)度的影響
    5.2 熱解炭結(jié)合PAMAM接枝對(duì)復(fù)合材料界面剪切強(qiáng)度影響
    5.3 熱解炭結(jié)合PAMAM接枝對(duì)炭纖維表面形貌的影響
        5.3.1 熱解炭結(jié)合PAMAM接枝后炭纖維表面SEM形貌
        5.3.2 熱解炭結(jié)合PAMAM接枝后炭纖維表面AFM形貌
    5.4 熱解炭結(jié)合PAMAM接枝后炭纖維極性基團(tuán)及浸潤(rùn)性
        5.4.1 熱解炭結(jié)合PAMAM接枝對(duì)炭纖維表面元素的影響
        5.4.2 熱解炭結(jié)合PAMAM接枝對(duì)炭纖維表面能的影響
        5.4.3 熱解炭結(jié)合PAMAM接枝對(duì)炭纖維浸潤(rùn)性的影響
    5.5 炭纖維表面熱解炭層石墨結(jié)構(gòu)和模量
        5.5.1 炭纖維表面熱解炭層結(jié)構(gòu)分析
        5.5.2 炭纖維復(fù)合材料界面區(qū)機(jī)械性能的原子力顯微鏡研究
        5.5.3 炭纖維/環(huán)氧復(fù)合材料納米壓痕測(cè)試分析
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷



本文編號(hào)：3757545