温度条件对碳纤维上浆剂与双马树脂反应及其复合材料界面粘结的影响

《温度条件对碳纤维上浆剂与双马树脂反应及其复合材料界面粘结的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep252014V01．35No．92624-2631ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cndoi：10．7527／81000—6893．2013．0507温度条件对碳纤维上浆剂与双马树脂反应及其复合材料界面粘结的影响朱明明，李敏”，武清，顾轶卓，张佐光北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京100191摘要：为了研究_【艺温度对复合材料界面的调控作用，设计采用三阶段固化工

2、艺(即扩散、固化和后固化)，考察了不同温度制度下3种碳纤维／双马树脂(BMI)复合材料界面粘结性能的变化规律。采用原子力显微镜(AFM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)深入分析了上浆剂对纤维表面粗糙度和化学特性的影响，研究了上浆剂的反应活性及其与双马树脂的反应性，采用微珠脱粘方法测试了碳纤维／树脂的界面剪切强度(IFSSs)。结果表明，200℃处理2h后3种碳纤维上浆剂均发生部分反应，并且170℃，2h后上浆剂均与双马树脂发生化学反应。对比不同温度条件可以发现后固化阶段对碳纤维／双马体系的界面剪切强度影响显著，未经后固化的复合材料界面性能

3、最低；110℃和140℃恒温扩散阶段对碳纤维／双马体系的界面剪切强度的影响不明显。同种温度条件下，CFl和CF3上浆剂与双马树脂的反应程度高于CF2，相应的CFl和CF3与双马树脂的界面剪切强度较高，表明上浆剂与双马树脂间的化学反应程度是影响其界面粘结性能的主要因素。该研究结果对我国碳纤维上浆剂的研制具有参考价值。关键词：碳纤维；界面粘结；上浆剂；双马树脂；工艺温度中图分类号：V258；TB332文献标识码：A文章编号：10006893(2014)09—2624—08碳纤维增强树脂基复合材料具有高比强、高比模、可设计性好和耐腐蚀等优点，广

4、泛应用于航空航天、风力发电、汽车制造、体育用品和交通运输等领域口。3]。碳纤维复合材料的性能不仅取决于增强体和基体，还与界面性能有密切联系[4]。界面决定了纤维到树脂间的应力传递方式、应力分布以及破坏的损伤累积和裂纹扩展，影响复合材料的力学性能、断裂韧性、抗疲劳强度及环境稳定性‘”]。在碳纤维制造过程中，通常在纤维表面涂覆一层上浆剂以保护纤维免受损伤[1”11]，研究表明上浆剂会影响纤维／树脂间的界面性能n2。“。Cao等n朝在研究由热塑性聚酰胺和热固性环氧树脂组成的抗热上浆剂时，发现这种上浆剂相对于未处理的上浆剂其复合材料界面性能提高了

5、97％。Upadhyaya和Tsakiropou—losCl61的研究表明，碳纤维上浆剂含量对复合材料性能也有影响，当上浆剂含量为0．7wt％时，EI本Grafil公司的XAS碳纤维与环氧828的复合材料有最大的短梁剪切和横向弯曲强度。Mader等n71研究发现上浆剂可以提高玻璃纤维的拉伸强度和疲劳强度，从而进一步影响复合材料的力学性能。复合材料界面形成于制造过程中，工艺温度收稿日期：2013—10．30；退修日期：2013-12—11；录用日期：2013-12—29；网络出版时间：2014-01-1612：20网络出版地址：WWWcnk

6、i．net／kcms／detail／S1000—6893．2013．0507．htmI基金项目：国家自然科学基金(51273007)；新世纪优秀人才支持计划*通讯作者Tel：010-82339800E-mail：leem)17@buaa．edu．cn引用格武；ZhuMM．LiM．WuQ，eta1．Effectoftemperatureonreactionsofcarbonfibersizingagentwithbismaleimideandtheircompositeinte什ac

7、a

8、adhesion[JJActaAeronautica

9、etAstronauticaSinica．2014，35(9)：2624-2631．来晚明．李敏．武清，等温度条件对碳纤维上浆韵s双马树强反应及其复合材料界面粘结的影响￡Jj．航空学报．2014，35(9)：2624-2631．朱明明等：温度条件对碳纤维上浆剂与双马树脂反应及其复合材料界面粘结的影响必然影响上浆剂与纤维或树脂间的物理化学作用，从而对界面产生影响。Guo等[1叼研究发现从室温升至200℃过程中，碳纤维表面氧元素和氮元素含量发生改变，而对纤维强度有重要影响。Dai等[183研究表明经热处理的碳纤维／环氧复合材料的界面剪切强度小

10、于未处理的纤维复合材料体系。因此，阐释高温条件下上浆剂的活性作用，以及由此对复合材料界面性能的影响具有重要意义。本文选用3种高性能碳纤维，对比分析了去除上浆剂前后纤维表面的粗糙度和化学特性，并