激光改性碳纤维增强环氧树脂的结构及性能研究
碳纤维增强环氧树脂基(CF/EP)复合材料具有优异的力学性能，可作为飞机、空间飞行器、火箭等外层结构和内部承力结构如发动机的壳体与喷管、机翼蒙皮、垂尾以及减速板等在航空航天领域中被广泛应用。然而，由于碳纤维表面光滑、比表面积小、使得难以与EP树脂间形成有效的机械嵌合作用，从而导致了CF/EP复合材料界面结合强度低。因此，要对碳纤维进行表面改性以提高其浸润性及与EP树脂基体间的粘结强度，从而提高CF/EP复合材料的综合性能。 论文采用高能激光束对CF/EP复合材料中的增强体碳纤维进行表面改性后，以环氧树脂为基体，制备碳纤维增强环氧树脂复合材料。利用SEM、EDS、XRD、红外光谱、万能拉伸试验机等表征手段，对改性前后CF微观形态、成分变化、物相结构、力学性能以及CF/EP性能进行表征，系统地研究了高能激光束对碳纤维微观组织变化、性能变化等的影响规律，探索高能激光束对碳纤维的作用机理，揭示高能激光束的工艺参数对CF/EP复合材料的性能影响规律，阐述激光改性碳纤维增强体对CF/EP复合材料性能关的影响规律。结果表明，碳纤维经激光表面改性后，碳纤维表面的粗糙度和比表面积增加，碳纤维的浸润性得到提升，且功率越高、扫描速度越低CF的表面刻蚀作用以及浸润性越好，改性后的碳纤维的化学成分种类、微观结构以及官能团种类没有改变，CF表面的元素组成仍为C、O、Al、Si四种，其中O元素含量升高;改性前后的CF的XRD主衍射峰仍是石墨结构的(002)衍射峰，但高能激光束对CF中的石墨晶体有完善结构的作用，改性后的CF主衍射峰更为尖锐与对称;改性后的CF官能团种类也没有改变。CF/EP复合材料的中的碳纤维和环氧树脂基体的粘结性得到提高，在最佳工艺参数功率为150W，扫描速度为30mm/s，碳纤维掺杂量为0.1wt％时，复合材料的吸水率为2.6％;拉伸强度最大，提高77.06％;延伸率最大，提高53.96％;冲击强度提高了37.5％。
环氧树脂;碳纤维;激光表面改性;微观结构;吸水率;力学性能
辽宁工程技术大学
硕士
材料工程
李刚
2017
中文
TQ323.5;TQ320.6
73
2018-12-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）