碳纤维表面改性对复合材料性能的影响

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1、碳纤维表面改性对复合材料性能的影响张雪刘媛杨斌王新灵上海交通大学化学化工学院摘要：釆用氨基硅烷偶联剂对碳纤维进行表面改性，并以改性前后的碳纤维分别作为增强纤维，以尼龙66（PA66）树脂作为基体制成复合材料。采用X-射线衍射（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、动态机械性能分析（DMA）、力学性能测试等手段对复合材料界而的结构与性能进行了表征。研宂了碳纤维表而改性对复合材料性能的影响，结果表明:碳纤维改性后表面活性官能团数增加，0—C=0和C=0的含量分别增加了95.24%和508.45%;碳纤维表面粗糙度增加，且与热塑性PA66树脂之间的结合强度显著增强；同时，改性后复合

2、材料的的力学性能提升，弯曲强度和弯曲模量分别提升了30MPa和424MPa,冲击强度提高了6MPa,储能模量显著增加，玻璃化转变温度提高约5"C。关键词：碳纤维;表面改性;热塑性复合材料;作者简介：张雪（1990-）,女，山东济宁人，硕士生，主要研究方向为碳纤维复合材料。E-mail:ml8721152117@163.com作者简介：王新灵，E-mail:xlwang@sjtu.edu.cn收稿日期：2017-01-21EffectofCarbonFiberSurfaceModificationonPropertiesofCompositesZHANGXueLIUYuanY

3、ANGBinWANGXin—lingSchoolofChemistryandChemicalEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity:Abstract：Thesurfaceofcarbonfiber(CF)wasmodifiedbyaminosilanecouplingagentandintroducedintopolyamide66(PA66)resin.XPS，SEM,DMAandmechanicalperformancetestswereusedtocharacterizethestructureandpropertiesofthe

4、interfaceofcomposites.Theeffectofcarbonfibersurfacemodificationonthepropertiesofthecompositeswerestudied.Resultsshowedthatthesurfaceactivefunctionalgroupsincreasedaftermodification,suchasthecontentof0—C=0andC=0,whichwereincreasedby95.24%and508.45%respectively.Thesurfacemodificationincrease

5、dthesurfaceroughnessofcarbonfiberandenhancedthebondingstrengthbetweenthefiberanclthethermoplasticresin.Theadditionofmodifiedcarbonfiberimprovedthemechanicalpropertiescomparedtovirgincarbonfiber.Simultaneously,theflexuralstrengthandmoduluswereincreasedby30MPaand424MParespectively,andimpacts

6、trengthwasincreasedby6MPa.Thestoragemodulusincreasedsignificantly，andtheglasstransitiontemperatureincreasednearly5°C.Keyword：carbonfiber;surfacemodification;thermoplasticcomposites;Received：2017-01-21碳纤维含碳量在95%以上，具有密度低(1.75~2.00g/cm)、比强度高、比模量高、各向异性、无蠕变、高导电导热等多项优异性能UL与碳纤维增强热固性复合材料相比，碳纤维增强热塑

7、性复合材料具有可回收重复利用、可快速成型、抗冲击、易于修复等优点[2],因此在航空航天、汽车等领域的应用越来越广泛。纤维増强复合材料的性能很大程度上取决于纤维与树脂棊体间的界面结合强度，因为界面决定了基体和纤维间应力传递的效率U1。而原碳纤维表面光滑且表面上的一层上浆剂主要适用于热固性树脂，而与热塑性树脂基体之间的界面结合很差，从而大大限制了它在热塑性复合材料领域的应用。因此对于碳纤维增强的热塑性复合材料而言，碳纤维通常需要先进行表面改性处理，再与热塑性树脂棊体进行复合，方可得到性能优异的碳纤维増强热塑性复合材料。