碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料研究進(jìn)展

1、1會計學(xué)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料研究進(jìn)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料研究進(jìn)展展 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 背景背景介紹介紹EP/CFEP/CF復(fù)合材料的發(fā)展：復(fù)合材料的發(fā)展：2 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第一部分：碳纖維表面處第一部分：碳纖維表面處理理 提高碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料提高碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中碳纖維與基體的結(jié)合強(qiáng)度中碳纖維與基體的結(jié)合強(qiáng)度。途徑：途徑： 清除表面雜質(zhì)；在纖維表面形成微孔或清除表面雜質(zhì)；在纖維表面形成微孔或刻蝕溝槽，從類石墨層面改性成碳狀結(jié)構(gòu)以刻蝕溝槽，從類石墨層面改性成碳狀結(jié)構(gòu)以增加表面能；引進(jìn)具有極性或反應(yīng)性官能團(tuán)增加表面能；引進(jìn)具有極性或反應(yīng)性官能團(tuán)

2、；形成能與樹脂起作用的中間層。；形成能與樹脂起作用的中間層。3氣相氧化氣相氧化法法液相氧化液相氧化法法陽極氧化陽極氧化法法等離子體等離子體氧化法氧化法表面涂層表面涂層改性法改性法 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第一部分：第一部分： 碳纖維碳纖維表面處表面處理理4W.H. Lee et al. / Applied Surface Science 171 (2001) 136-142 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第一部分第一部分： 碳纖維表面處碳纖維表面處理理氣相氧化法氣相氧化法：5 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第一部分第一部分： 碳纖維碳纖維表面處表面處理理液相氧化法液相氧化法：

3、6趙東趙東宇宇,李濱耀李濱耀,余余賦賦生生.碳纖維碳纖維表面的液相氧化處理改表面的液相氧化處理改性性J應(yīng)用化學(xué)，應(yīng)用化學(xué)，1997，(4)：11 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第一部分第一部分： 碳纖維碳纖維表面處表面處理理陽極氧化法陽極氧化法：7夏麗剛夏麗剛 ,李李愛菊愛菊 ,陰陰 強(qiáng)強(qiáng) ,王威強(qiáng)王威強(qiáng); 碳纖維碳纖維表面處理及其對表面處理及其對碳纖維碳纖維/樹脂樹脂界面影響的界面影響的研究研究;材料材料導(dǎo)報導(dǎo)報 ,2006(5)：254-257 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第一部分第一部分： 碳纖維碳纖維表面處表面處理理等離子體氧化法等離子體氧化法：8DilsizN,Ebert

4、E,Weisweiler W.Effect of plasma polymerization on carbon fibers used for fiber/epoxyComp JColloid Interf Sci，1995，170：241 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第一部分第一部分： 碳纖維碳纖維表面處表面處理理表面涂層改性法表面涂層改性法：9 西北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院曾金芳等采用、和活性活性涂層可顯著改善復(fù)合材料的剪切性能，涂層可顯著改善復(fù)合材料的剪切性能，而且涂層濃度對性能的影響非常敏感，當(dāng)濃而且涂層濃度對性能的影響非常敏感，當(dāng)濃度為度為1-2時，剪切強(qiáng)度可以提高時，剪切

5、強(qiáng)度可以提高20。曾金芳曾金芳.喬生儒喬生儒.丘哲明等丘哲明等.纖維纖維表面處理對碳纖維復(fù)合材料表面處理對碳纖維復(fù)合材料剪切性能影響剪切性能影響固體火固體火箭技術(shù)，箭技術(shù)，2002，25(4)：4549 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第二部分第二部分： 復(fù)合材料基本特點(diǎn)復(fù)合材料基本特點(diǎn)EP/CF復(fù)合材料的比強(qiáng)度為鋼的復(fù)合材料的比強(qiáng)度為鋼的4.87.2倍，比模量為鋼的倍，比模量為鋼的3.14.2倍，疲倍，疲勞強(qiáng)度約為鋼的勞強(qiáng)度約為鋼的2.5倍、鋁的倍、鋁的3.3倍。倍。而且高溫性能好，工作溫度達(dá)而且高溫性能好，工作溫度達(dá)400時其強(qiáng)度與模量基本保持不變時其強(qiáng)度與模量基本保持不變。此外還具有密

6、度和線膨脹系數(shù)小、耐腐蝕、抗蠕變、整體性好、抗分層、此外還具有密度和線膨脹系數(shù)小、耐腐蝕、抗蠕變、整體性好、抗分層、抗沖擊等，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中，其比強(qiáng)度、比模量綜合指標(biāo)最高?？箾_擊等，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中，其比強(qiáng)度、比模量綜合指標(biāo)最高。在加工成型過程中在加工成型過程中EP/CF復(fù)合材料具有易大面積整體成型、成型穩(wěn)定等獨(dú)復(fù)合材料具有易大面積整體成型、成型穩(wěn)定等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。特的優(yōu)點(diǎn)。EP/CFEP/CF復(fù)合材料具有優(yōu)異的復(fù)合材料具有優(yōu)異的性能性能：10常規(guī)的常規(guī)的CF：表面平滑表面平滑活性官能團(tuán)少表面活性官能團(tuán)少表面能能低低，呈現(xiàn)呈現(xiàn)表面化學(xué)惰性表面化學(xué)惰性，與，與EP基體浸潤基體浸潤性較差，復(fù)合材料

7、性較差，復(fù)合材料界面黏合力較弱。界面黏合力較弱。 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第三部分：第三部分：增強(qiáng)增強(qiáng)機(jī)理機(jī)理11EP/CFEP/CF復(fù)合材料的增強(qiáng)復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)理機(jī)理：因此，需要對因此，需要對CF表面改性處理，提表面改性處理，提高其與基體樹脂的黏結(jié)性，進(jìn)而提高其與基體樹脂的黏結(jié)性，進(jìn)而提高復(fù)合材料的性能。高復(fù)合材料的性能。其表面石墨層面邊緣其表面石墨層面邊緣較大面積氧化，邊緣較大面積氧化，邊緣活性點(diǎn)數(shù)量增加活性點(diǎn)數(shù)量增加，致，致使使凹凸不平的表面更凹凸不平的表面更有利于與有利于與EP基體的鍵基體的鍵合，使復(fù)合材料的剪合，使復(fù)合材料的剪切性能提高。切性能提高。同時，其表面能增加同時

8、，其表面能增加，顯著改善了，顯著改善了CF與基與基體間的潤濕性，接觸體間的潤濕性，接觸角減小，表面呈現(xiàn)親角減小，表面呈現(xiàn)親液性。液性。另外，經(jīng)過處理后，另外，經(jīng)過處理后，其表面出現(xiàn)了大量的其表面出現(xiàn)了大量的羥基、羧基、醌類等羥基、羧基、醌類等官能團(tuán)，提高了官能團(tuán)，提高了CF表表面的極性、增強(qiáng)體與面的極性、增強(qiáng)體與EP基體之間的潤濕性基體之間的潤濕性和它們的黏結(jié)程度。和它們的黏結(jié)程度。 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第四部分：第四部分：復(fù)合成型工藝復(fù)合成型工藝手糊成型樹脂傳遞成型真空袋法成型樹脂膜熔浸成型預(yù)浸料成型拉擠成型12 EPEP/ /CFCF復(fù)合材料的復(fù)合成型復(fù)合材料的復(fù)合成型工藝工

9、藝: 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第四第四部分：部分：復(fù)合成型工藝復(fù)合成型工藝13手糊手糊成型成型：孫酣經(jīng)化工新型材料，孫酣經(jīng)化工新型材料，1998(4)：4244 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第四第四部分：部分：復(fù)合成型復(fù)合成型工藝工藝14樹脂樹脂傳遞成型傳遞成型：馬青松，等材料科學(xué)馬青松，等材料科學(xué)與與工工程程，2000，18(4)：9297 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第四第四部分：部分：復(fù)合成型工藝復(fù)合成型工藝15真空袋法真空袋法成型成型：李斌太，等航空材料學(xué)報，李斌太，等航空材料學(xué)報，2006，26(3)：22222 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第四第四部分：

10、部分：復(fù)合成型工藝復(fù)合成型工藝16樹脂膜熔浸樹脂膜熔浸成型成型：陳立軍，等：環(huán)氧樹脂碳纖維復(fù)合材料的成型工藝與陳立軍，等：環(huán)氧樹脂碳纖維復(fù)合材料的成型工藝與應(yīng)用，應(yīng)用，工程工程塑料塑料應(yīng)用，應(yīng)用，2007（35）：）：77-79 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第四第四部分：部分：復(fù)合成型工藝復(fù)合成型工藝17預(yù)浸料預(yù)浸料成型成型： 預(yù)浸料高壓釜法示意圖張彥中纖維復(fù)合材料，張彥中纖維復(fù)合材料，1997(1)：2630 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第四第四部分：部分：復(fù)合成型工藝復(fù)合成型工藝18拉擠拉擠成型成型：Wingard C DThemlochimiea Acta，2000，3573

11、58：293301 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第五部分：第五部分：界面結(jié)構(gòu)表征方法界面結(jié)構(gòu)表征方法19EPEP/ /CFCF復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)表征復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)表征方法方法：l電鏡分析掃描電子顯微鏡(SEM )透射電子顯微鏡(TEM )掃描隧道顯微鏡(STM )原子力顯微鏡(AFM ) l譜學(xué)分析離子散射譜( ISS)二次離子質(zhì)譜(SIMS)俄歇電子譜(AES)X射線光電子譜(XPS)盧瑟福背散射(RBS)紅外光譜(IR)紫外光譜(UV) 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第第六六部分：部分：復(fù)合材料復(fù)合材料的應(yīng)用的應(yīng)用20EPEPCFCF復(fù)合材料的復(fù)合材料的應(yīng)用應(yīng)用：21 高性能

12、塑料與工程高性能塑料與工程 文獻(xiàn)部分文獻(xiàn)部分Smrutisikha Bal；Experimental study of mechanical and electrical properties of carbonnanofiber/epoxy composites；Materials and Design 31 (2010) 2406241322 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 文獻(xiàn)部分文獻(xiàn)部分1.Purpose:23 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 文獻(xiàn)部分文獻(xiàn)部分2. Materials and methods24 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 文獻(xiàn)部分文獻(xiàn)部分25 高性能塑料與工

13、程高性能塑料與工程 文獻(xiàn)部分文獻(xiàn)部分3. Results and discussion3.1. Bending experiments26 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 文獻(xiàn)部分文獻(xiàn)部分3.2. Hardness results27 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 文獻(xiàn)部分文獻(xiàn)部分3.3. Electrical measurement28 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 文獻(xiàn)部分文獻(xiàn)部分3.4. Raman spectroscopyFig. 8. Raman spectra of (a) room temperature and (b) Refrigerated nanocomposi

14、tes.29 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 文獻(xiàn)部分文獻(xiàn)部分3.5. Electron microscopic studyFig. 9. Dispersion of CNFs in epoxy matrix (inside arrows indicate agglomeration) in (a) C1.0 and (b) RC1.0.30 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 文獻(xiàn)部分文獻(xiàn)部分Fig. 10. Fracture surface of CNF/epoxy composites of (a) C1.0 and (b) RC1.0.31 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 文獻(xiàn)部分文

15、獻(xiàn)部分Fig. 11. (a) Fracture surface of epoxy matrix E and (b) Interaction between matrix and carbon nanofiber in nanocomposite C1.0.32 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 文獻(xiàn)部分文獻(xiàn)部分Fig. 12. Fracture surface of C1.0 sample (a) along x-direction showing horizontal alignment of fibers; (b) along z-direction showing vertical a

16、lignment of fibers.33 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 文獻(xiàn)部分文獻(xiàn)部分Fig. 13. Network formation (inside arrow pointing the region) of sample C1.0 observed by (a) SEM and (b) TEM.34 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 文獻(xiàn)部分文獻(xiàn)部分4.conclusion35 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 文獻(xiàn)部分文獻(xiàn)部分W.H. Lee et al. / Applied Surface Science 171 (2001) 136-142 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第一部分第一部分： 碳纖維表面處碳纖維表面處理理氣相氧化法氣相氧化法：36 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 第四第四部分：部分：復(fù)合成型工藝復(fù)合成型工藝37樹脂膜熔浸樹脂膜熔浸成型成型：陳立軍，等：環(huán)氧樹脂碳纖維復(fù)合材料的成型工藝與陳立軍，等：環(huán)氧樹脂碳纖維復(fù)合材料的成型工藝與應(yīng)用，應(yīng)用，工程工程塑料塑料應(yīng)用，應(yīng)用，2007（35）：）：77-7938 高性能塑料與工程高性能塑料與工程 文獻(xiàn)部分文獻(xiàn)部分Smrutisikha Bal；Ex