本文關(guān)鍵詞：取向度可控的短切碳纖維取向氈的水壓法制備及其結(jié)構(gòu)與性能研究

  更多相關(guān)文章： 短切碳纖維 分散性 短切纖維取向技術(shù) 高取向短切纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

【摘要】：高取向度短切碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料不僅具有連續(xù)長纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn),如高的比強(qiáng)度、比模量,同時(shí)在制備結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高性能復(fù)合材料產(chǎn)品時(shí)具有連續(xù)長纖維增強(qiáng)復(fù)合材料不可比擬的加工優(yōu)勢及成本優(yōu)勢,有望部分取代連續(xù)長纖維增強(qiáng)復(fù)合材料用于一些高端應(yīng)用領(lǐng)域,如航空航天、現(xiàn)代工業(yè)等。然而,如何在實(shí)現(xiàn)短切纖維均勻分散的基礎(chǔ)上提高其取向程度是制備高性能短切碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料急需解決的一個(gè)科學(xué)問題。同時(shí),在此基礎(chǔ)上,如何實(shí)現(xiàn)短切碳纖維取向氈制備過程的環(huán)境友好、工藝簡單高效及大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)也是一個(gè)需要探究的工程科學(xué)問題�；诖�,本論文以水為分散介質(zhì),以生物基來源的多巴胺為表面活性劑,系統(tǒng)研究了短切碳纖維的分散機(jī)理,同時(shí)在自制的漸縮流體取向設(shè)備上系統(tǒng)探究了影響短切碳纖維取向行為的主要因素及相關(guān)取向機(jī)理,從而為以環(huán)境友好的方法規(guī)�；�、連續(xù)化生產(chǎn)短切碳纖維取向氈提供了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論指導(dǎo)。基于多巴胺自聚合原理成功制備了多巴胺改性短切碳纖維,并研究了多巴胺改性對(duì)短切碳纖維表面結(jié)構(gòu)、活性及親水性能的影響,同時(shí)探索了多巴胺改性對(duì)短切碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：多巴胺聚合后成功包覆于短切碳纖維表面,在碳纖維表面形成一層光滑的聚多巴胺薄膜,顯著增強(qiáng)短切碳纖維表面活性及親水性能,同時(shí),多巴胺改性后增強(qiáng)了短切碳纖維與環(huán)氧樹脂基體之間的界面結(jié)合強(qiáng)度,其拉伸強(qiáng)度及模量分別提升18.3%和19.8%,彎曲強(qiáng)度和模量分別提升21.2%和27.4%。研究了多巴胺改性、分散液粘度、分散時(shí)間及超聲預(yù)處理等對(duì)短切碳纖維在水分散介質(zhì)中的分散性影響規(guī)律,并采用分散度p值對(duì)短切碳纖維分散性進(jìn)行量化表征,結(jié)果表明：分散液粘度是影響短切碳纖維分散性的主要決定因素,分散液粘度為1.0-4.0 Pa.s左右時(shí),分散效果最佳；超聲預(yù)處理能顯著提升短切短切碳纖維分散效率,同時(shí)多巴胺改性顯著提升了短切碳纖維分散液的穩(wěn)定性。基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提出了短切碳纖維在水中分散機(jī)理,即短切碳纖維團(tuán)聚體受到外部施加的剪切作用力及內(nèi)部團(tuán)聚作用力的共同作用,當(dāng)調(diào)控分散液的粘度等分散因素使外部施加作用力遠(yuǎn)大于內(nèi)部團(tuán)聚作用力時(shí),使短切碳纖維不斷從團(tuán)聚體剝離形成單絲狀均勻分散體,獲得較佳分散效果。基于漸縮流體誘導(dǎo)取向原理,自主設(shè)計(jì)、搭建了實(shí)驗(yàn)室級(jí)短切纖維取向氈制造裝置,系統(tǒng)探究了影響短切碳纖維取向行為的主要因素及相關(guān)取向機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)分散液粘度為1.0-4.0 Pa.s、漸縮取向噴頭狹縫寬度為1.0 mm、水壓壓力為0.2 MPa及傳送速度為10 mm·min-1時(shí),成功制得取向程度高達(dá)93.4%的短切碳纖維取向氈。同時(shí)以短切碳纖維取向氈的掃描電子顯微鏡照片為取向統(tǒng)計(jì)分析樣本,建立了基于二階取向張量的短切纖維取向度量化計(jì)算方法。此外,以獲得的高取向度短切碳纖維取向氈為增強(qiáng)體,制備了高取向度短切碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,顯著提升其拉伸及彎曲性能。
【關(guān)鍵詞】：短切碳纖維 分散性 短切纖維取向技術(shù) 高取向短切纖維增強(qiáng)復(fù)合材料
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ342.742;TB332
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-17
• 第一章 緒論17-31
• 1.1 研究背景及意義17-18
• 1.2 碳纖維復(fù)合材料發(fā)展概述18-22
• 1.2.1 碳纖維簡介18-19
• 1.2.2 碳纖維復(fù)合材料簡介19-20
• 1.2.3 碳纖維復(fù)合材料回收利用現(xiàn)狀20-22
• 1.3 短切纖維取向22-27
• 1.3.1 短切纖維取向方法22-24
• 1.3.2 短切纖維取向程度分析24-26
• 1.3.3 短切纖維取向在復(fù)合材料應(yīng)用26-27
• 1.4 短切纖維分散性研究概況27-29
• 1.5 本論文研究內(nèi)容及意義29-31
• 1.5.1 本論文研究內(nèi)容29
• 1.5.2 本論文研究目的及意義29-31
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分31-39
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料31
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備31-32
• 2.3 實(shí)驗(yàn)工藝過程32-35
• 2.3.1 多巴胺改性短切碳纖維的制備32-33
• 2.3.2 短切碳纖維分散體及其無規(guī)氈的制備33
• 2.3.3 短切碳纖維取向氈的制備33-34
• 2.3.4 短切碳纖維氈增強(qiáng)復(fù)合材料的制備34-35
• 2.4 測試與表征35-39
• 2.4.1 表面元素分析(XPS)表征35
• 2.4.2 掃描電子顯微鏡(SEM)表征35
• 2.4.3 透射電子顯微鏡(TEM)表征35
• 2.4.4 熱失重分析(TG)表征35
• 2.4.5 電子數(shù)碼照片分散性表征35-36
• 2.4.6 表面接觸角表征36
• 2.4.7 短切碳纖維懸浮液粘度測量36
• 2.4.8 短切碳纖維分散性定量表征36-37
• 2.4.9 復(fù)合材料拉伸及彎曲性能測試37-39
• 第三章 結(jié)果與討論39-63
• 3.1 多巴胺改性短切碳纖維表征39-41
• 3.1.1 pDop-SCFs的XPS分析39-40
• 3.1.2 pDop-SCFs的TG分析40-41
• 3.1.3 短切碳纖維表面微觀形貌及接觸角表征41
• 3.2 短切碳纖維分散性研究41-52
• 3.2.1 短切碳纖維分散條件分析42-43
• 3.2.2 羥乙基纖維素及多巴胺改性對(duì)SCFs分散行為的影響43-45
• 3.2.3 超聲預(yù)處理對(duì)短切碳纖維分散性影響45-47
• 3.2.4 羥乙基纖維、多巴胺對(duì)SCFs分散性影響機(jī)理分析47-50
• 3.2.5 多巴胺改性前后對(duì)環(huán)氧樹脂力學(xué)性能的影響50-52
• 3.3 短切碳纖維取向性研究52-59
• 3.3.1 短切纖維取向氈制備裝置的設(shè)計(jì)制造52
• 3.3.2 分散液粘度η對(duì)短切碳纖維取向氈取向程度的影響52-54
• 3.3.3 短切纖維狹縫寬度d對(duì)短切碳纖維取向氈取向度的影響54-55
• 3.3.4 壓力P及網(wǎng)帶運(yùn)行速度V對(duì)短切碳纖維取向性的影響55-56
• 3.3.5 短切碳纖維取向氈取向度定量表征56-59
• 3.4 短切碳纖維取向氈基本性能及增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料力學(xué)性能59-63
• 3.4.1 短切碳纖維取向氈基本性能60-61
• 3.4.2 短切碳纖維取向氈增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料力學(xué)性能61-63
• 第四章 結(jié)論63-65
• 參考文獻(xiàn)65-71
• 致謝71-73
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文73-75
• 作者簡介75-77
• 導(dǎo)師簡介77-78
• 北京化工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會(huì)決議書78-79

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉建葉;宋金梅;彭玉剛;胡照會(huì);;熱固性碳纖維復(fù)合材料廢棄物回收及再利用現(xiàn)狀[J];化工新型材料;2014年08期

2 朱志強(qiáng);萬里鷹;黃基銳;趙興旺;;碳纖維及其復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J];江西化工;2013年02期

3 張東致;萬怡灶;羅紅林;熊光耀;王小明;萬長標(biāo);;碳纖維復(fù)合材料的回收與再利用現(xiàn)狀[J];中國塑料;2013年02期

4 周傳雷;艾輝;閆永君;;碳纖維產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J];化學(xué)工程師;2010年08期

5 何永佳;金舜;呂林女;胡曙光;;羥丙基甲基纖維素對(duì)碳纖維分散性的影響[J];功能材料;2010年06期

6 徐j華;李克健;;高性能碳纖維及其復(fù)合材料在綠色能源建設(shè)及節(jié)能減排中的重要作用[J];新材料產(chǎn)業(yè);2010年03期

7 楊小平;黃智彬;張志勇;楊虎平;周宇君;;實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2010年03期

8 上官倩芡;蔡泖華;;碳纖維及其復(fù)合材料的發(fā)展及應(yīng)用[J];上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年03期

9 王闖;李克智;李賀軍;焦更生;;短碳纖維的分散性與CFRC復(fù)合材料的力學(xué)性能[J];精細(xì)化工;2007年06期

10 王成忠,陳偉明,梁平輝,楊小平;耐高溫拉擠環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料性能研究[J];玻璃鋼/復(fù)合材料;2005年05期

，

本文編號(hào)：518319