PAN基碳纤维表面液相氧化改性研究.pdf

《PAN基碳纤维表面液相氧化改性研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第32卷第2期航空材料学报Vo1．32．No．22012年4月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSApril2012PAN基碳纤维表面液相氧化改性研究袁华，王成国，卢文博，张珊，陈呖，于美杰(1．山东大学材料科学与工程学院材料液固结构演变与加工教育部重点实验室，济南250061；2．山东大学材料科学与工程学院碳纤维工程技术研究中心，济南250061)摘要：利用拉曼光谱(Raman)，红外光谱(IR)和扫描电镜(SEM)对经过KCIO／H：SO液相改性处理的碳纤维(CF)表面结构进行了研究，并初步讨论了微观结构对碳纤维单丝力学性能的影响。结果表

2、明：纤维表面的沟槽随改性处理时间增加逐渐加深；表面处理的刻蚀作用会使晶粒边界活性增大，石墨微晶变小；改性处理能够增加CF表面活性官能团(羧酸(-c=O)和酚羟基(一0H))，降低碳纤维表面惰性；表面处理后纤维的力学性能均有所下降，液相氧化处理60min和120min后，拉伸强度分别降低约15％和50％。关键词：碳纤维；拉曼光谱；微观结构；表面改性DOI：10．3969／j．issn．1005—5053．2012．2．012中图分类号：TQ342．7文献标识码：A文章编号：1005-5053(2012)02-0065-04碳纤维是近代发展起来的一种增强材料，由于一般认

3、为，氧化处理可以使纤维表面的物理化具有高比强度、高比模量和耐腐蚀等优良性能，碳纤学性质有所改变，增加纤维的表面积、表面粗糙度、维及其复合材料已广泛用于航空、航天、体育器械等表面裂纹和凹坑数目，纤维表面粗糙度的增加有利领域的结构部件上。于提高锚固效应J，可以改善纤维与极性树脂的浸润性，并提高黏结强度。本工作采用混酸对碳纤维碳纤维在先进复合材料中起到增强作用，而基体树脂使其成型为一承载外力的整体，并通过界面表面进行改性处理，研究该方法对碳纤维表面组成、形貌及力学性能产生的影响。传递载荷于增强纤维。界面的面积很大，在碳纤维复合材料中每100cm。的体积中界面面积为89em

4、l】J1实验，界面的结构、性质和作用直接影响复合材料的各项力学性能。但是未进行表面处理的碳纤维1．1实验材料具有表面光滑、惰性大、表面能低、表面活性差、与树脂及金属的浸润性欠佳，3等缺点，限制了纤维高碳纤维布：威海拓展纤维有限公司生产，w一性能的发挥，并且碳纤维作为增强相必须通过纤维一3011；去离子水：实验室自制；HSO：分析纯，98％；KCIO：分析纯，99％。基体界面才能实现增韧和补强的双重功效，因此使用时需要对碳纤维表面进行改性J。1．2改性处理85~C下，用10％KCIO3+40％H2SO4混合溶液碳纤维织物常用于制备高性能复合材料，由于碳纤维布的二维特点

5、，因此对其表面改性方法要求对碳纤维布进行氧化处理，氧化时间分别为0min，简单可控。液相氧化法是采用液相介质对碳纤维表30min，60min，120rain。加热条件下，液相氧化剂发面进行氧化的方法，方法较温和，不会导致纤维产生生的化学反应为：2KCIO3=2KC1+302t；KC1+过多的起坑和裂解。。。HSO=KHSO+HC1T。将氧化后的碳纤维布用去离子水洗涤至中性，用烘箱烘干，进行表面结构表收稿日期：2011一D4_27；修订日期：2011-06-08征及性能测试。基金项目：国家973项目(2011CB605601)；国家自然科学基1．3实验方法金(5090

6、2088)；山东省自然科学基金(ZR2009FQO13)采用JSM-6700F场发射扫描电镜观察纤维表面作者简介：袁华(1985一)，女，博士研究生，主要从事碳纤维形貌，测试电压5．0kV。及其复合材料制备研究，(E—mail)yuanhua9696@yhaoo．on。通讯作者：王成国，教授，主要从事碳纤维及其复合材料研采用labRam一1B型拉曼光谱仪测试改性后碳纤究，(E—mail)wangchg@sdu．edu．cn。维表面结构，He．Ne激光器，功率4．3roW，波长第2期PAN基碳纤维表面液相氧化改性研究67液相氧化处理120min后，尺值提高了约45％。

7、这是因为碳纤维属于乱层石墨结构，也具有显著的皮芯结构，在其表皮层结构致密，取向度高；芯部排列紊乱，折叠褶皱多，孔隙多。在表面处理过程中，致密的表层经过氧化刻蚀，碳网平面端部的不饱和碳原子被氧化u，表层大的石墨微晶被刻蚀为细晶，晶粒边界的活性增大。4000350030002500200015001000500Wavenumber／cm一图4碳纤维表面处理前后的红外谱图Fig．4FFIRspectraofuntreatedandtreatedcarbonfiber本研究对纤维单丝的力学性能进行了测试。表2列出了纤维的纤度、断裂伸长率和抗拉强度。从表2可以看出，随着改