本文關(guān)鍵詞：界面過渡層構(gòu)筑及其對碳纖維復(fù)合材料界面、抗疲勞性能的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,人們對復(fù)合材料的界面及抗疲勞性能提出了更高的要求。然而,由于樹脂對纖維的不良浸潤及碳纖維與樹脂基體性能失配等因素,復(fù)合材料在動靜態(tài)載荷作用下容易發(fā)生界面脫粘并提前破壞。為此,本課題以界面過渡層理論為基礎(chǔ),將碳納米管引入到界面相中并構(gòu)筑一種模量處于碳纖維和環(huán)氧樹脂間的界面過渡層,并探討了該界面過渡層對復(fù)合材料界面及抗疲勞性能的強化機制,為多尺度復(fù)合材料的制備及改進提供新的思路。為了提高碳納米管在水中的分散性,本文首先是通過混酸氧化法制備了氧化碳納米管(OCNTs).然后采用一種連續(xù)電泳沉積的方法將OCNTs沉積到碳纖維表面,通過調(diào)控電泳沉積時間控制OCNTs的含量。采用樹脂傳遞模塑成型技術(shù)制備多尺度增強復(fù)合材料。測試后發(fā)現(xiàn),多尺度復(fù)合材料的剪切及彎曲性能在很大程度上依賴于碳納米管在界面中的分布情況。當(dāng)電泳沉積時間為5min時,碳納米管在纖維表面的分布較為均勻,復(fù)合材料的界面剪切強度、層間剪切強度、彎曲強度及彎曲模量相比OCNTs引入前分別提高了33.0%,10.5%,9.46%和15.4%,而當(dāng)電泳沉積時間延長至7min時,過多的碳納米管在纖維表面團聚,復(fù)合材料的剪切及彎曲性能有所下降。此外,經(jīng)30,000次彎-彎模式下的疲勞損傷后,多尺度復(fù)合材料的剩余彎曲強度保留率還提高了3.3%。這說明引入OCNTs后復(fù)合材料的界面及抗疲勞性能都有了一定程度的提高。為了明確OCNTs對復(fù)合材料的增強機理,論文分別采用掃描電鏡的元素分析功能以及力調(diào)制原子力顯微鏡的對含有OCNTs的復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)進行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),實驗采用的工藝能在纖維和增強體間成功構(gòu)筑界面過渡層,過渡層的碳元素含量和模量介于環(huán)氧樹脂和碳纖維之間。模量中等的界面過渡層能在復(fù)合材料動靜態(tài)加載過程中有效地傳遞載荷,從而提高復(fù)合材料的整體力學(xué)性能。
【關(guān)鍵詞】：碳納米管 電泳沉積 界面性能 界面微觀結(jié)構(gòu) 抗疲勞性能
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB332
【目錄】：

• 學(xué)位論文主要創(chuàng)新點3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-27
• 1.1 課題研究背景9
• 1.2 碳纖維表面改性研究9-14
• 1.2.1 常見界面改性理論9-13
• 1.2.2 常見碳纖維表面改性方法13-14
• 1.3 碳納米管在復(fù)合材料中的應(yīng)用14-19
• 1.3.1 CNTs增強基體的多尺度復(fù)合材料15
• 1.3.2 碳納米管/碳纖維多尺度增強體的研究現(xiàn)狀15-19
• 1.4 常見的界面表征手段19-22
• 1.4.1 界面性能表征19-20
• 1.4.2 界面微觀結(jié)構(gòu)表征20-21
• 1.4.3 界面組成的表征方法21-22
• 1.5 納米材料改善復(fù)合材料疲勞性能研究現(xiàn)狀22-24
• 1.5.1 纖維復(fù)合材料的疲勞損傷過程22-23
• 1.5.2 納米材料改善復(fù)合材料疲勞性能23-24
• 1.6 本課題的研究內(nèi)容及目的24-27
• 第二章 實驗材料與試驗方法27-37
• 2.1 實驗原料及實驗設(shè)備27-28
• 2.1.1 實驗原料與試劑27
• 2.1.2 實驗設(shè)備27-28
• 2.2 碳納米管的功能化28
• 2.3 碳纖維的表面處理28-29
• 2.3.1 碳纖維表面去漿處理28-29
• 2.3.2 碳纖維表面沉積氧化碳納米管29
• 2.4 碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備29-30
• 2.5 單纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的制備30-31
• 2.6 測試表征31-37
• 2.6.1 碳納米管表征31-32
• 2.6.2 碳纖維形貌表征32
• 2.6.3 復(fù)合材料靜態(tài)機械性能測試及表征32-34
• 2.6.4 復(fù)合材料界面微區(qū)結(jié)構(gòu)表征34-35
• 2.6.5 復(fù)合材料動態(tài)彎-彎疲勞性能表征35-36
• 2.6.6 復(fù)合材料超聲C掃表征36-37
• 第三章 界面過渡層構(gòu)筑及其對碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料界面性能的影響37-51
• 3.1 碳納米管的結(jié)構(gòu)性能37-39
• 3.1.1 碳納米管化學(xué)組成37-38
• 3.1.2 碳納米管的形貌表征38-39
• 3.2 電泳沉積時間對碳纖維形貌的影響39-40
• 3.3 電泳沉積時間對碳纖維復(fù)合材料界面及力學(xué)性能的影響40-43
• 3.3.1 復(fù)合材料的層間剪切性能40-41
• 3.3.2 復(fù)合材料的彎曲性能41-42
• 3.3.3 復(fù)合材料的界面剪切性能42-43
• 3.4 復(fù)合材料界面微區(qū)結(jié)構(gòu)分析43-48
• 3.4.1 界面過渡層的元素分布44
• 3.4.2 界面過渡層的相對硬度分析44-47
• 3.4.3 復(fù)合材料SEM斷面47-48
• 3.5 本章小結(jié)48-51
• 第四章 界面過渡層對碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料抗疲勞性能的影響51-57
• 4.1 界面結(jié)構(gòu)對復(fù)合材料疲勞后剩余強度的影響51-52
• 4.2 復(fù)合材料抗疲勞性能強化機制52-55
• 4.2.1 復(fù)合材料內(nèi)部損傷情況52-53
• 4.2.2 復(fù)合材料的疲勞斷面圖53-55
• 4.3 本章小結(jié)55-57
• 第五章 結(jié)論與展望57-59
• 5.1 結(jié)論57-58
• 5.2 展望58-59
• 參考文獻59-67
• 發(fā)表論文和參加科研情況67-69
• 致謝69

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