PAN基高模量碳纤维表面涂层改性研究
碳纤维具有比强度、比模量高,耐高温、腐蚀,抗疲劳、抗蠕变,导电、传热以及热膨胀系数小等优异性能,因此成为近年来最重要的增强材料之一,并且在很多领域都得到了广泛的应用。但是由于碳纤维表面平滑、活性官能团少、表面能低,表现为表面化学惰性,进而与树脂基体浸润性差,导致碳纤维,树脂两相界面之间的粘接性差,严重影响了复合材料整体优异性能的发挥。所以对碳纤维表面进行聚合物涂层改性,以提高其与基体树脂的界面结合性能。
本文从界面层与界面层设计出发,分别合成和制备了潜伏性固化剂(LCA)改性的环氧树脂乳液和不同固化剂含量的端环氧基聚氨酯(EPU)丙酮溶液,并用这两种涂层对高模量碳纤维进行表面处理。研究了涂层的种类、涂层中固化剂的含量对纤维表面性能以及复合材料界面性能的影响。
通过对碳纤维表面及聚合物涂层的红外吸收谱图的分析可知,聚合物涂层与纤维或树脂发生了化学反应；不同的聚合物涂层对高模量碳纤维的改性效果不同。含有潜伏性固化剂的环氧树脂乳液涂层碳纤维后,高模量碳纤维表面浸润性有所改善,而且赋性性良好；在固化剂含量为20％(理论用量)时,碳纤维的吸水率下降至0.02％。
相对比未进行涂层处理的高模量碳纤维复合材料,聚合物涂层改性碳纤维复合材料的层间剪切强度有所提高。当环氧树脂乳液含潜伏性固化剂含量为20％(理论用量)时,复合材料的界面剪切强度提高8.6％；端环氧基聚氨酯含固化剂三乙烯四胺的量为70％(理论用量)时,复合材料的界面剪切强度提高19.4％。
扫描电镜的研究结果表明聚合物涂层增强了高模量碳纤维与基体树脂之间的相互作用,改善了纤维／基体的界面粘结效果,最终聚合物涂层纤维与树脂结合紧密均匀,碳纤维与树脂基体的界面性能进一步完善；动态机械热分析的结果表明使用聚合物涂层涂覆碳纤维,通过涂层内交联以及交联程度的改变可以改善碳纤维／树脂复合材料的界面性能,进而改善复合材料的整体性能。
高模量碳纤维;涂层改性;潜伏性固化剂;端环氧基聚氨酯;表面处理;界面性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
张学军
2011
中文
TQ342.742
86
2011-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）