本文關(guān)鍵詞：碳纖維表面多尺度組元構(gòu)筑及其復(fù)合材料界面性能研究

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【摘要】：碳纖維雖然具有優(yōu)異的性能如高比強(qiáng)、高比剛、質(zhì)輕、導(dǎo)電和熱等,但碳纖維增復(fù)合材料存在以下幾個(gè)問題:碳纖維增強(qiáng)體與基體之間的界面結(jié)合力弱、改性效率低以及改性損傷纖維本體強(qiáng)度等。本文以滿足不同工程的兩種需要為目標(biāo):一、在提高復(fù)合材料界面強(qiáng)度的同時(shí),大幅提高碳纖維的拉伸強(qiáng)度。采用高效的電化學(xué)沉積、超聲輔助電泳沉積法,將銀納米粒子(Ag NPs)和氧化石墨烯(GO)沉積到碳纖維的表面。二、在不損傷碳纖維本體的前提下,最大程度地提高碳纖維復(fù)合材料的界面強(qiáng)度。采用化學(xué)接枝法將聚醚胺(D400)和氧化石墨烯(GO)接枝到碳纖維的表面。采用電化學(xué)沉積法,以聚乙烯比咯烷酮(PVP)為表面活性劑,在碳纖維表面沉積形貌可控的Ag NPs。通過控制PVP與銀離子(Ag+)的摩爾比(mPVP:mAgNO3),使Ag NPs呈現(xiàn)出“顆粒狀”或“樹枝狀”。通過調(diào)節(jié)電化學(xué)沉積時(shí)間、Ag+濃度來控制碳纖維表面銀含量、Ag NPs的粒徑以及碳纖維表面粗糙度。沉積Ag NPs后碳纖維展示了優(yōu)異的力學(xué)性能,與未處理碳纖維相比,沉積Ag NPs后碳纖維的單絲拉伸強(qiáng)度和其復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度(IFSS)分別提高了29.2%和57.2%,電導(dǎo)率也提升兩倍。引入超聲輔助電泳沉積法,以異丙醇為電泳液溶劑,在碳纖維表面沉積GO。這種新方法與傳統(tǒng)電泳沉積方法相比,沉積的GO更均勻、致密。高溫處理使碳纖維表面的GO被部分還原,GO與碳纖維的作用方式從離子鍵作用過渡到共價(jià)鍵作用。碳纖維的單絲拉伸強(qiáng)度和IFSS值分別提升了27.3%和69.9%。設(shè)計(jì)并制備的CF/Ag NPs/GO多尺度增強(qiáng)體,集Ag NPs和GO兩者的優(yōu)點(diǎn)于一體,碳纖維單絲拉伸強(qiáng)度和IFSS值分別提高31.3%和75.4%。采用化學(xué)接枝法,以水為溶液,在酸化碳纖維表面接枝D400。將帶有氨基的D400以化學(xué)鍵的方式連接到碳纖維表面,提高了碳纖維的表面能,改善了碳纖維與聚合物基體的浸潤(rùn)性。同時(shí)D400還參與環(huán)氧樹脂固化反應(yīng),結(jié)果顯示碳纖維復(fù)合材料的IFSS值提升72.6%。以D400為媒介,采用化學(xué)接枝法制備CF/D400/GO多尺度增強(qiáng)體,并關(guān)注接枝的GO尺寸對(duì)碳纖維表面形貌及性能的影響。通過調(diào)節(jié)GO片層的尺寸和活性官能團(tuán)的數(shù)量來控制GO與碳纖維的連接狀態(tài)。碳纖維與GO具有兩種連接方式:(1)GO邊緣與碳纖維表面連接,呈“直立”狀;(2)GO平鋪在碳纖維表面,呈“倒伏”狀。其中,GO“直立”在碳纖維的表面更有利于提高碳纖維與樹脂基體間的機(jī)械嚙合力和浸潤(rùn)性,可以更好地傳遞載荷和吸收破壞能,使IFSS提高了82.1%。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ342.742;TB33

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本文編號(hào)：1300778