学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

聚丙烯腈基高模量碳纤维的表面处理

作　者: 刘鑫
导　师: 杨常玲；吕永根
学　校: 东华大学
专　业: 纺织化学与染整工程
关键词: 高模量碳纤维中模量碳纤维表面处理电化学氧化电化学聚合
分类号: TB304
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 61次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本文首先采用电化学氧化法量化对比研究了PAN基高模量碳纤维和中模量碳纤维的阳极氧化行为。采用X射线光电子衍射能谱、原子力显微镜、视频接触角测量仪、拉曼光谱等表征手段分析了两种纤维电化学氧化前后的表面性能和碳纤维/环氧树脂复合材料的界面性能。结果显示,在电化学氧化过程中,高模量碳纤维表面的含氧官能团增加缓慢,而中模量碳纤维表面的含氧官能团在低电荷密度条件下很快就达到饱和。说明石墨化程度高、表面活性低的高模量碳纤维比中模量碳纤维难氧化。随着氧化的继续,表面碳原子被刻蚀,纤维变细。根据氧化过程中纤维半径的变化建立了“均匀减薄”氧化动力学模型,通过模型计算发现高模量碳纤维的氧化难度是中模量碳纤维的6倍。要使高模量碳纤维和中模量碳纤维达到相同的表面润湿性,所需的电荷密度也为中模量碳纤维的6倍。原子力显微镜测试表明高模量碳纤维的表面粗糙度比中模量碳纤维的表面粗糙度大,电化学氧化过程中的变化趋势也有差异。利用拉曼光谱可以表征纤维与环氧树脂微滴之间的界面结合情况,发现高模量碳纤维经1.44C/cm2的电荷密度处理后与环氧树脂的界面剪切强度提高了160%。中模量碳纤维经0.36C/cm2的电荷密度处理后与环氧树脂的界面剪切强度提高了70%。由于在电化学氧化过程中会伴随少量的强度损失,因此希望通过在纤维表面接枝一层聚合物来弥补氧化对纤维表面造成的缺陷,提高单丝强度进而提高复合材料的力学性能。本文以高模量碳纤维为阳极,在硫酸电解质的存在下,使马来酸和衣康酸单体在纤维表面发生共聚反应。在此过程中,同时伴随着碳纤维的电化学氧化,使纤维表面的含氧官能团增多,利用含氧官能团产生的自由基引发聚合反应。傅里叶红外测试表明聚合物表面存在羧基,进一步提高了纤维表面的含氧官能团。用丙酮在索氏抽提器中提取120h后聚合物的厚度及聚合物的结构并未发生变化,说明纤维与聚合物之间是牢固的化学键合而非简单的沉积。在电聚合过程中,聚合物先在纤维表面含有含氧官能团的位置形成晶核,然后随着晶核的增长,在纤维表面逐渐形成一层均匀的聚合物。且随着聚合时间的增长,聚合物的厚度逐渐提高,可达0.5μm。高模量碳纤维在电荷密度为0.9C/cm2条件下接枝了聚合物之后与环氧树脂的界面剪切强度从65MPa提高到174MPa,说明电化学聚合的效果要比电化学氧化好。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
第一章绪论  10-22
  1.1 碳纤维概述  10-11
  1.2 碳纤维复合材料及其界面  11
  1.3 碳纤维的表面性能及表面处理的必要性  11-12
  1.4 碳纤维表面处理的方法  12-16
  1.5 碳纤维表面处理效果评价  16-20
  1.6 本课题研究思路及内容  20-22
第二章实验部分  22-29
  2.1 实验材料  22-23
  2.2 主要设备和仪器  23-24
  2.3 碳纤维表面处理工艺  24-25
  2.4 碳纤维表面结构与性能测试  25-26
  2.5 纤维单丝及复合材料力学性能测试  26-29
第三章高模量与中模量碳纤维电化学氧化对比研究  29-44
  3.1 引言  29
  3.2 实验工艺条件  29-30
  3.3 碳纤维表面形貌  30-32
  3.4 碳纤维表面化学性质分析  32-36
  3.5 碳纤维氧化动力学  36-38
  3.6 碳纤维表面润湿性分析  38-39
  3.7 碳纤维单丝强度及复合材料界面性能分析  39-42
  3.8 本章小结  42-44
第四章高模量碳纤维电化学聚合表面处理  44-54
  4.1 引言  44
  4.2 高模量碳纤维表面电聚合化学性质分析  44-46
  4.3 高模量碳纤维表面形貌分析  46-48
  4.4 高模量碳纤维的拉曼光谱研究  48-50
  4.5 电化学聚合对复合材料界面性能的影响  50-52
  4.6 本章小结  52-54
第五章结论  54-55
参考文献  55-61
撰写及发表论文情况  61-62
致谢  62

聚丙烯腈基高模量碳纤维的表面处理

内容摘要

全文目录

相似论文