本文關(guān)鍵詞：微波誘導(dǎo)炭纖維表面氧化處理的研究

  更多相關(guān)文章： 炭纖維 微波誘導(dǎo)氧化 雙氧水 復(fù)合材料 熱力學(xué)分析

【摘要】：炭纖維及其復(fù)合材料在航空航天、交通運(yùn)輸、軍事和體育器材等方面的應(yīng)用體現(xiàn)了其優(yōu)越性能。炭纖維與樹脂基體的界面粘結(jié)是控制復(fù)合材料整體性能的關(guān)鍵,但由于炭纖維表面惰性大,缺少活性基團(tuán),這極大的影響了兩者界面間的復(fù)合效果,所以對炭纖維的表面改性研究是必要的。本文采用團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一種新方法,即微波誘導(dǎo)雙氧水氧化法對不同種類(聚丙烯腈(PAN)基炭纖維和中間相瀝青基炭纖維(MPCF)),包括不同炭化溫度的炭纖維(中間相瀝青基炭纖維：MP1(T1炭化)、MP2(T2炭化T1)和MP3(T3炭化T2))進(jìn)行表面改性處理。利用X射線光電子能譜儀(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、紫外可見吸收光譜(UV-Vis)對炭纖維表面及回收產(chǎn)物的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析。同時(shí)利用熱機(jī)械分析儀(TMA)研究炭纖維和環(huán)氧樹脂的界面結(jié)合情況,以便對炭纖維的改性效果進(jìn)行多方位的評價(jià)。XPS分析發(fā)現(xiàn),微波氧化處理之后炭纖維表面的含氧官能團(tuán)增加,但是不同纖維增加的幅度不同。對比不同種類的炭纖維發(fā)現(xiàn),中間相瀝青基炭纖維的增加幅度大于PAN基炭纖維；對比不同炭化溫度的炭纖維發(fā)現(xiàn),MP2炭纖維增加幅度最大,說明微波改性炭纖維的表面效果與炭纖維的種類和炭化溫度有關(guān)。觀察不同氧化時(shí)間處理的炭纖維經(jīng)超聲處理后的表面形貌發(fā)現(xiàn),PAN基炭纖維和中間相瀝青基炭纖維的溝槽結(jié)構(gòu)都被氧化刻蝕,并以微小石墨片的形式剝落,長時(shí)間處理會使纖維表面變的光滑,粗糙度減小。但是表面光滑的各向同性瀝青基炭纖維,由于其本身的結(jié)構(gòu)性質(zhì)處理后的表面刻蝕較為均勻,粗糙度有所增加。此外,隨著微波氧化處理時(shí)間的增加,從石墨粉末和炭纖維表面超聲剝落的石墨片層變薄,含量增多。TMA對炭纖維／環(huán)氧樹脂(CFRP)復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析發(fā)現(xiàn),處理后CFRP的tanδmax比未處理降低了11.3%,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)升高了5.6℃。說明微波氧化處理改善了纖維與樹脂間的界面粘結(jié)性。在30℃～100℃范圍內(nèi),處理后的CFRP平均熱膨脹系數(shù)分別是未處理CFRP及純環(huán)氧樹脂的2/5和1/10。
【關(guān)鍵詞】：炭纖維 微波誘導(dǎo)氧化 雙氧水 復(fù)合材料 熱力學(xué)分析
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ342.742;TB332
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-29
• 1.1 前言11
• 1.2 炭纖維的發(fā)展概況11-13
• 1.2.1 國外炭纖維的發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國內(nèi)炭纖維的發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.3 炭纖維的結(jié)構(gòu)與性能13-15
• 1.3.1 炭纖維的結(jié)構(gòu)13-14
• 1.3.2 炭纖維的性能14-15
• 1.4 復(fù)合材料的界面15-18
• 1.4.1 界面層的形成和作用15-16
• 1.4.2 界面層的作用機(jī)理16-18
• 1.5 炭纖維表面處理的方法18-27
• 1.5.1 氣相氧化法19-20
• 1.5.2 液相氧化法20-22
• 1.5.3 等離子體氧化法22-24
• 1.5.4 電化學(xué)氧化法24-25
• 1.5.5 表面涂層改性處理法25-26
• 1.5.6 表面接枝處理法26-27
• 1.6 本研究的選題背景與研究內(nèi)容27-29
• 1.6.1 選題背景27
• 1.6.2 研究內(nèi)容27-29
• 第2章 實(shí)驗(yàn)29-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料29
• 2.2 炭纖維和石墨表面處理29-31
• 2.2.1 炭纖維和石墨微波氧化處理29-30
• 2.2.2 氧水溶液濃度的滴定分析30
• 2.2.3 炭纖維和石墨超聲剝落30-31
• 2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備31-32
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡31
• 2.3.2 熱機(jī)械分析儀31
• 2.3.3 X-射線光電子能譜儀31-32
• 2.3.4 超聲波清洗機(jī)32
• 2.3.5 微波爐32
• 2.3.6 紫外可見分光光度計(jì)32
• 2.4 炭纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備32-34
• 第3章 微波誘導(dǎo)炭纖維表面氧化處理的研究34-67
• 3.1 引言34
• 3.2 微波誘導(dǎo)雙氧水分解的研究34-35
• 3.3 XPS分析微波氧化處理前后炭纖維表面元素及官能團(tuán)35-50
• 3.3.1 MP1系炭纖維的表面元素及官能團(tuán)分析35-39
• 3.3.2 MP2系炭纖維的表面元素及官能團(tuán)分析39-43
• 3.3.3 MP3系石墨纖維的表面元素及官能團(tuán)分析43-47
• 3.3.4 PAN基炭纖維的表面元素及官能團(tuán)分析47-50
• 3.4 微波氧化處理炭纖維經(jīng)超聲處理后形貌的觀察50-57
• 3.4.1 不同微波處理時(shí)間PAN基炭纖維經(jīng)超聲處理后的表面變化50-53
• 3.4.2 不同微波處理時(shí)間瀝青基炭纖維經(jīng)超聲處理后的表面變化53-57
• 3.5 微波氧化處理的石墨和炭纖維超聲剝落石墨片的研究57-64
• 3.5.1 微波氧化處理的石墨超聲處理之后的形貌觀察57-59
• 3.5.2 微波氧化處理的炭纖維超聲剝落的石墨片形貌觀察59-63
• 3.5.3 微波氧化處理的石墨和炭纖維超聲剝落石墨片的紫外分析63-64
• 3.6 微波誘導(dǎo)雙氧水氧化炭纖維表面反應(yīng)機(jī)理的研究64-65
• 3.7 本章小結(jié)65-67
• 第4章 微波誘導(dǎo)炭纖維表面氧化處理以及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的研究67-74
• 4.1 引言67
• 4.2 微波氧化處理前后炭纖維的表面形貌分析67-68
• 4.3 炭纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料斷面形貌的分析68-69
• 4.4 對炭纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的表征69-72
• 4.4.1 環(huán)氧樹脂和復(fù)合材料的儲能模量69-70
• 4.4.2 環(huán)氧樹脂和復(fù)合材料的損耗模量70-71
• 4.4.3 環(huán)氧樹脂和復(fù)合材料的損耗角正切71
• 4.4.4 復(fù)合材料界面粘結(jié)性能的定量分析71-72
• 4.5 炭纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的熱膨脹行為72-73
• 4.6 本章小結(jié)73-74
• 結(jié)論74-75
• 參考文獻(xiàn)75-81
• 致謝81-82
• 附錄A (攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄)82

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本文編號：972452