碳纤维-纳米SiO2 改性树脂复合材料界面性能研究.pdf

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1、60CF/纳米SiO2改性树脂复合材料界面性能研究2012年3月CF/纳米SiO2改性树脂复合材料界面性能研究1211耿立艳，张辰威，刘文博，鞠春华(1.哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨150001;2.哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所，哈尔滨150080)摘要:本文以纳米SiO2改性树脂作为树脂基体，以连续碳纤维作为增强体制备复合材料，研究了纳米SiO2掺入树脂中百分含量对树脂基体与增强体之间的界面性能的影响。通过对树脂基体与增

2、强体纤维浸润性、微脱粘、层间剪切强度和扫描电子显微镜，对复合材料界面性能测试和表征。结果表明，随着纳米SiO2含量的增加，常温下，基体树脂和增强体纤维浸润性能下降，单丝纤维与树脂微球的界面剪切强度和复合材料单向板层间剪切强度在某一含量范围均有所提高。关键词:界面;纳米SiO2;复合材料;树脂中图分类号:TB332;TQ322文献标识码:A文章编号:1003－0999(2012)02－0060－04复合材料是由基体、增强体和基体与增强体之氧树脂碳纤维复合材料的界面，得出纳米改性树脂间的界面组成的，界面是作为基体和增强体的过渡基体及纳米在

3、基体中的含量对复合材料界面性能的部分，起到了承载和传递载荷的作用，是复合材料的影响，为制备高性能纳米改性树脂基复合材料做重要组成部分。良好的界面结合强度对复合材料力铺垫。［1，2］学性能具有决定性的作用。已经形成的界面理1实验部分论有化学键理论、浸润吸附理论、扩散理论、电子静(1)原材料电理论、弱边界层理论、机械啮合理论、变形层理论本实验室自研制的多元树脂体系;纳米SiO2(大［3～5］［6～10］等。对复合材料界面的研究很多，较为成连路明纳米科技有限公司);丙酮，工业纯(天津化熟的界面研究方法有界面的粘结强度测试、界面的学试剂一厂)

4、;碳纤维T700，K12(日本东丽公司)。结构分析和界面形貌表征，测试手段有润湿性能测(2)实验用主要设备试、微脱粘测试、单纤维拔出法、单纤维顶出法、临界MODELHM410型复合材料界面性能评价装置长度测量法、X射线光电子能谱(SPX)、扫描电镜(日本东荣产业株式会社);DCT21动态接触角测量(SEM)和透射电镜(TEM)等。目前对复合材料界仪(德国);CSS-88100电子万能试验机(长春拉伸试面的优化主要是对增强体碳纤维表面改性。偶联剂验机研究所);KQ-200VDV超声波清洗器(昆山市超对碳纤维表面涂覆是依据化学键理论对复合

5、材料界声仪器有限公司);250真空烘箱(上海富斯特真空面优化发展起来的方法，碳纤维表面接枝使碳纤维泵有限公司)。表面粗糙度加强是依据机械啮合理论。(3)纳米SiO2改性树脂体系的制备由于纳米颗粒有很大的表面积与体积比，使得将纳米SiO2加入到含有硅烷偶联剂的丙酮溶纳米填料比普通的填料具有更优异的填料效果。目剂中，将定量的纳米SiO2和溶剂一起加入多元环氧［11～14］前对于纳米复合材料的研究主要有①纳米颗树脂体系中，溶剂的含量为14%，采用超声分散的粒在树脂中均匀性分散技术;②纳米颗粒尺寸对复方法将纳米SiO均匀分散于树脂基体中［15

6、］。2合材料性能影响;③不同纳米颗粒对复合材料功能(4)树脂与碳纤维的润湿实验化的影响。关于纳米改性树脂基体与纤维制备复合将碳纤维放入100℃的烘箱中烘干，剪成50mm材料的界面研究很少。本文研究纳米SiO2改性环长的小段，任意抽取4根单丝粘接固定在夹具上，4收稿日期:2011-05-23本文作者还有王荣国。基金项目:国家自然科学基金(863)作者简介:耿立艳(1986-)，女，硕士，主要从事聚合物基复合材料树脂改性研究。FRP/CM2012.No.22012年第2期玻璃钢/复合材料61

7、根纤维单丝必须互相平行且垂直于夹具，以保证每根纤维均垂直进入液体胶液，相邻碳纤维单丝之间的距离为10mm。切去碳纤维多余部分，使其露出的长度尽量相等，大约为8mm左右。测量上限为0.08mg，单丝插入液面深度为5mm，表面浸润速度为0.1mg/s，前进和后退浸润速度均为0.008mm/s。(5)微脱粘实验将配置好的树脂胶液固化在单丝碳纤维上，在单丝纤维上形成50～150μm包埋长度的小树脂球，实验在120倍显微镜下选用适当包埋长度的树脂图1单丝树脂微滴复合材料界面剪切强度测试结果球，以0

8、.1mm/min的速度均匀自动加载，得到界面Fig.1IFSStestingresultsofsinglefiberdropletcomposite脱粘载荷，进而得到树脂和纤维的界面强度。(6)层间剪切测试由浸润实验可知