近年來,PBO纖維因具有優(yōu)異的力學性能、熱學性能以及化學穩(wěn)定性而被廣泛地用作先進復合材料的增強體。然而,由于PBO纖維表面光滑且呈化學惰性,與樹脂基體之間的相容性較差,致使兩者之間的界面結(jié)合強度較低,嚴重影響復合材料綜合性能的發(fā)揮。當航天器在低地球軌道(Low earth orbit,LEO)運行時,用作結(jié)構(gòu)材料的PBO纖維/環(huán)氧復合材料極易受到原子氧(Atomic oxygen,AO)的侵蝕,尤其是當表面的防護層失效之后,原子氧會與底層的環(huán)氧樹脂發(fā)生相互作用,氧化形成大量缺陷,并通過這些缺陷進一步滲透到復合材料的界面區(qū)域,造成纖維增強體與樹脂基體脫粘,從而導致復合材料的力學性能大幅下降。本文分別采用化學鍍、低溫水熱法及化學接枝法,有針對性的在PBO纖維/環(huán)氧復合材料中引入鎳磷合金、氧化鋅納米線(Zinc oxide nanowires,Zn O NWs)、有機硅-氧化石墨烯三種界面相,旨在同時有效解決界面結(jié)合強度較差和原子氧防護兩大難題。采用化學鍍法對PBO纖維進行改性處理,從而在復合材料中引入鎳磷合金界面相。通過改變施鍍溫度和時間,系統(tǒng)地研究了施鍍工藝參數(shù)、表面形貌以及界面性能三者...

【文章頁數(shù)】：147 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 PBO纖維的性能及應(yīng)用狀況
    1.3 PBO纖維表面改性方法的研究進展
        1.3.1 氧化處理技術(shù)
        1.3.2 共聚改性處理技術(shù)
        1.3.3 等離子體處理技術(shù)
        1.3.4 γ 射線輻照處理技術(shù)
        1.3.5 界面相引入處理技術(shù)
    1.4 三種界面相材料的研究進展
        1.4.1 鎳磷合金鍍層的性能及應(yīng)用狀況
        1.4.2 氧化鋅納米線的性能及應(yīng)用狀況
        1.4.3 氧化石墨烯的性能及應(yīng)用狀況
    1.5 原子氧效應(yīng)的研究進展
        1.5.1 低地球軌道中的原子氧簡介
        1.5.2 原子氧對空間材料的作用機制及影響
        1.5.3 原子氧防護方法的研究狀況
    1.6 本課題的主要研究內(nèi)容
第2章 實驗材料與實驗方法
    2.1 實驗原料及所用儀器
        2.1.1 實驗主要原料
        2.1.2 實驗主要儀器
    2.2 鍍鎳PBO纖維的制備
        2.2.1 化學鍍鎳液的配制
        2.2.2 PBO纖維表面預處理工藝
        2.2.3 PBO纖維表面化學鍍鎳工藝
    2.3 PBO-ZnO NWS雜化纖維的制備
        2.3.1 納米ZnO種子溶液的配制
        2.3.2 PBO纖維表面氧化及羧基功能化工藝
        2.3.3 PBO纖維表面生長ZnO NWs工藝
    2.4 PBO-APTMS-GO二元接枝纖維的制備
        2.4.1 氧化石墨烯的制備
        2.4.2 氧化石墨烯酰氯化處理工藝
        2.4.3 PBO纖維表面氧化及羥基功能化工藝
        2.4.4 PBO纖維表面有機硅-氧化石墨烯二元接枝工藝
    2.5 PBO纖維本體及其復合材料性能的表征
        2.5.1 PBO纖維微觀結(jié)構(gòu)分析
        2.5.2 PBO纖維本體性能分析
        2.5.3 PBO纖維/環(huán)氧復合材料性能分析
第3章 鍍鎳PBO纖維的制備及其復合材料界面性能的研究
    3.1 引言
    3.2 鍍鎳PBO纖維微觀結(jié)構(gòu)表征分析
        3.2.1 鍍鎳PBO纖維化學組分
        3.2.2 鍍鎳PBO纖維結(jié)晶結(jié)構(gòu)
        3.2.3 鍍鎳層結(jié)合強度
        3.2.4 鍍鎳PBO纖維截面形貌
        3.2.5 鍍鎳PBO纖維表面形貌
    3.3 鍍鎳PBO纖維及其復合材料性能表征分析
        3.3.1 鍍鎳PBO纖維單絲拉伸強度
        3.3.2 鍍鎳PBO纖維復合材料界面剪切強度
        3.3.3 熱處理對鍍鎳層結(jié)晶結(jié)構(gòu)及復合材料界面性能的影響
        3.3.4 鍍鎳PBO纖維復合材料耐濕熱老化性能
    3.4 鍍鎳PBO纖維復合材料界面增強機制
        3.4.1 鍍鎳PBO纖維表面粗糙度
        3.4.2 鍍鎳PBO纖維表面能及浸潤性
        3.4.3 鍍鎳PBO纖維復合材料界面剪切斷.形貌
    3.5 本章小結(jié)
第4章 PBO-ZnO NWS雜化纖維的制備及其復合材料界面性能的研究
    4.1 引言
    4.2 PBO-ZnO NWS雜化纖維表面預處理工藝表征分析
        4.2.1 PBO纖維表面氧化工藝
        4.2.2 PBO纖維表面羧基功能化工藝
        4.2.3 預處理工藝對ZnO NWs結(jié)合強度的影響
        4.2.4 預處理工藝對PBO纖維力學性能的影響
    4.3 ZnO NWS生長形貌的參數(shù)控制
    4.4 PBO-ZnO NWS雜化纖維微觀結(jié)構(gòu)表征分析
        4.4.1 PBO-ZnO NWs雜化纖維化學組分
        4.4.2 PBO-ZnO NWs雜化纖維結(jié)晶結(jié)構(gòu)
        4.4.3 PBO-ZnO NWs雜化纖維截面形貌
        4.4.4 PBO-ZnO NWs雜化纖維表面形貌
    4.5 PBO-ZnO NWS雜化纖維復合材料性能表征分析
        4.5.1 PBO-ZnO NWs雜化纖維復合材料界面剪切強度
        4.5.2 PBO-ZnO NWs雜化纖維復合材料耐濕熱老化性能
    4.6 PBO-ZnO NWS雜化纖維復合材料界面增強機制
        4.6.1 PBO-ZnO NWs雜化纖維表面粗糙度
        4.6.2 PBO-ZnO NWs雜化纖維表面能及浸潤性
        4.6.3 PBO-ZnO NWs雜化纖維復合材料界面剪切斷.形貌
    4.7 本章小結(jié)
第5章 PBO-APTMS-GO二元接枝纖維的制備及其復合材料界面性能的研究
    5.1 引言
    5.2 氧化石墨烯表征分析
        5.2.1 氧化石墨烯的掃描電鏡和透射電鏡分析
        5.2.2 氧化石墨烯的原子力顯微鏡分析
        5.2.3 氧化石墨烯的紅外光譜分析
        5.2.4 氧化石墨烯的X射線衍射分析
    5.3 PBO-APTMS-GO二元接枝纖維制備工藝表征分析
        5.3.1 PBO-APTMS-GO二元接枝纖維的紅外光譜分析
        5.3.2 PBO-APTMS-GO二元接枝纖維的X射線光電子能譜分析
    5.4 PBO-APTMS-GO二元接枝纖維微觀結(jié)構(gòu)表征分析
        5.4.1 PBO-APTMS-GO二元接枝纖維化學組分
        5.4.2 PBO-APTMS-GO二元接枝纖維截面形貌
        5.4.3 PBO-APTMS-GO二元接枝纖維表面形貌
    5.5 PBO-APTMS-GO二元接枝纖維及其復合材料性能表征分析
        5.5.1 PBO-APTMS-GO二元接枝纖維單絲拉伸強度
        5.5.2 PBO-APTMS-GO二元接枝纖維復合材料界面剪切強度
        5.5.3 PBO-APTMS-GO二元接枝纖維復合材料耐濕熱老化性能
    5.6 PBO-APTMS-GO二元接枝纖維復合材料界面增強機制
        5.6.1 PBO-APTMS-GO二元接枝纖維表面粗糙度
        5.6.2 PBO-APTMS-GO二元接枝纖維表面能及浸潤性
        5.6.3 PBO-APTMS-GO二元接枝纖維復合材料界面化學反應(yīng)
        5.6.4 PBO-APTMS-GO二元接枝纖維復合材料界面剪切斷.形貌
    5.7 三種界面相的改性效果比較分析
    5.8 本章小結(jié)
第6章 PBO纖維及其復合材料抗原子氧性能的研究
    6.1 引言
    6.2 PBO纖維的原子氧侵蝕行為表征分析
        6.2.1 原子氧對PBO纖維表面形貌的影響
        6.2.2 原子氧對PBO纖維結(jié)晶結(jié)構(gòu)的影響
        6.2.3 原子氧對PBO纖維表面化學組成的影響
    6.3 樹脂基體的原子氧侵蝕行為表征分析
    6.4 三種界面相的抗原子氧侵蝕性能表征分析
        6.4.1 原子氧對改性PBO纖維表面形貌的影響
        6.4.2 原子氧對改性PBO纖維單絲拉伸強度的影響
        6.4.3 原子氧對改性PBO纖維復合材料界面剪切強度的影響
    6.5 PBO纖維/環(huán)氧復合材料界面相的原子氧防護機制
    6.6 本章小結(jié)
結(jié)論
創(chuàng)新點
展望
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個人簡歷



本文編號：3828835