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碳纤维外面处置惩罚手艺的希望

2017-10-11 09:29


1.碳纤维外面处置惩罚研究进展
 
碳纤维正在制备时要经由高温惰性气体中碳化处置惩罚,跟着非碳元素的劳出和碳的富集,碳纤维表面活性官能团数目低落,取基体树脂的浸润性变差。另外,为了进步碳纤维的拉伸强度供尽量削减其外面缺点,因而形成碳纤维比表面积较小。如许润滑的外面取基体的锚定效应较差,致使了碳纤维复合材料界面强度低落,也限定了碳纤维下机能的施展。因而,为了改进碳纤维取基体质料的界面粘结,并充分发挥碳纤维下强度和高模量的特性,必需经由过程碳纤维的外面改性去进步其取基体的浸润性和粘结性,从而进步复合材料的界面联合机能。
 
对碳纤维外面改性可起到以下三种感化:
 
● 防备强界面层的构成。强界面层重要包孕吸附的杂质、脱模剂;界面老化时构成的氧化层、水合物层;取基体的不充分浸润所约束的空气层等。-4166am金沙
 
● 发生适合于粘结的外面形状,使加强质料外面天生凹凸,经由过程锚定效应进步界面粘结机能。
 
● 改进树脂取加强质料的亲和力,正在加强质料外面涂上极性中等的掩盖剂,大概正在表面上停止化学处置惩罚,导入一些官能团而进步界面粘结机能等。现在用于碳纤维外面改性的方 法重要有氧化处置惩罚、涂层处置惩罚、等离子体处置惩罚、化学气相堆积处置惩罚、外面接枝处置惩罚和临界流体处置惩罚。
 
1.1气相氧化处置惩罚
 
氧化处置惩罚是改进和调控碳纤维外面特性的一个重要途径。经由过程氧化处置惩罚,能够使纤维外面发生羧基、羟基、羰基等露氧基团,使纤维取树脂基体发作化学反应,构成界面联合,然则此要领也会损坏碳纤维的构造,影响其理化机能,以是正在氧化处置惩罚时要注重掌握氧化工夫。氧化处置惩罚重要包孕气相氧化、液相氧化和电化学氧化三种处置惩罚体式格局。气相氧化是用氧化性气体去氧化纤维外面而引入极性基团(如-OH 等),并赐与相宜的粗拙度去进步复合材料的层间剪切强度。接纳空气氧化时,氧化温度对处置惩罚结果有明显影响。J. Li 等 [2-3] 接纳空气氧化和臭氧氧化两种要领离别处置惩罚碳纤维,并聚合造得碳纤维/聚醚醚酮(PEEK)复合材料,效果显现,臭氧氧化处置惩罚后,碳纤维外面-COOH含量显着增添,氧化工夫为3min 时,CF/PEEK 复合材料的界面剪切强度(IFSS)取未处理的比拟进步了 60%,取空气氧化处置惩罚比拟,臭氧氧化处置惩罚结果更好。
 
电化学氧化一样平常是将碳纤维作为阳极置于电解质溶液中,经由过程改动回响反映温度、电解质浓度、处置惩罚工夫和电流密度等前提对碳纤维外面氧化状态停止掌握。同别的氧化处置惩罚雷同,电化学氧化使纤维外面引入种种功用基团(酯基、羧基、羟基等),从而改进纤维的浸润、粘敷特性及取基体的键合状态,明显增添碳纤维加强复合材料的力学性能。现在,关于碳纤维外面电化学氧化的报导对照多。内容重要触及氧化前提的影响、氧化后碳纤维外面性子状态和形状、氧化机理等方面。Jie Liu 等[4]正在(NH4HCO3)/(NH4)2C2O4•H2O 混淆电解液中对碳纤维停止电化学氧化,效果碳纤维外面露氧和露氮官能团明显增添,不只碳纤维的拉伸强度进步了 17.1%,碳纤维复合材料的层间剪切强度(ILSS)也进步了14.5%。Soo-Jin Park等接纳复合胺类电解质对 PAN 基碳纤维停止外面胺化处置惩罚,其 IFSS 和 ILSS 离别到达 117GPa、87GPa 和 107GPa、103GPa。
 
1.2等离子处置惩罚
 
等离子体是具有充足数目而电荷数近似相称的正负带电粒子的物资聚集态。用等离子体氧化法对纤维外面停止改性处置惩罚, 一般是指应用非聚合性气体对质料外面停止物理和化学感化的历程。非聚合性气体能够是活性气体也能够是惰性气体。常用的是等离子体氧, 它具有高能下氧化性。当它撞击碳纤维外面时, 能将晶角、晶边等缺点或双键构造氧化成含氧活性基团。黄玉东等将碳纤维经等离子体氛围处置惩罚后制成碳纤维/酚醛复合材料, 当处置惩罚工夫为 20 min时, ILSS 和单纤维取基体树脂间界面微脱粘力离别进步了52.8 %和56.5 %, 其终究成品的界面联合机能进步40 %以上。熊杰等用热等离子体氧处置惩罚碳纤维, 其 CFRP- 水泥砂浆最大断裂荷载和韧性指数进步的幅度皆非常明显。Kingsley Kin Chee Ho 等[5]接纳了一种新的处置惩罚要领,即等离子体间断性或连续性的单面或双面氟化处置惩罚碳纤维并正在碳纤维外面引入了氟基团。-86068.com
 
1.3涂层处置惩罚
 
涂层处置惩罚是将某种聚合物涂覆正在纤维外面,以改动复合材料界面层的构造和机能。外面涂层有以下几方面的感化:涂层可珍爱纤维免受毁伤,进步纤维的集束性,有利于施展纤维的强度;涂层可改动纤维外面机能,进步纤维对树脂基体的浸润性;涂层中回响反映性的官能团
 
有助于纤维外面取树脂基体的化学联合;涂层可珍爱外面处置惩罚后纤维表面活性的消逝。Tamaki Melanoma 等[6]正在T1000 碳纤维外面包覆了一层聚酰亚胺(PI)纳米涂层,涂层厚度约为 100nm,当碳纤维束被拉伸时,PI 纳米涂层有利于阻挠碳纤维外面缺点散布和削减应力集中,有用的加强了碳纤维的抗推才能。
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2.碳纤维的运用
 
2.1航空范畴
 
碳纤维复合材料具有比强度、比模量高,耐委靡和尺寸稳定性好等系列长处,是新一代武器装备生长的根蒂根基质料,被普遍用作飞机和飞船的构造质料。比方,飞机的主翼、尾翼和机体一次组织质料;副翼、方向舵、升降舵、内装质料、天板材、桁梁、刹车片等二次组织质料,和直升飞机的叶片;火箭的排气锥体、发动机盖等;人造卫星构造体、太阳能电池板和天线、运载火箭、导弹壳体等。
 
2.2修建加固范畴
 
纤维加强复合材料的比强度远高于钢材,比模量大多数也高于钢材。那一优秀的力学性能使其作为土木工程构造加固和修补质料正在日本、美国、欧洲等国度和区域得到了大量的推行运用。碳纤维质料具有取钢材相称的弹性模量,同时表现出比一般钢材下十倍的抗拉强度,其耐侵蚀机能和历久机能也很优秀。因而用碳纤维补强混凝土结构时不需要增添螺栓和铆钉流动,抗蚀和历久机能也很优秀,对本混凝土结构扰动较小,施工工艺轻便。
 
结语
 
综上所述, 碳纤维的外面处置惩罚要领各有特性。非氧化法中, 气相堆积法、等离子法国表里仍停止正在实验室阶段, 没有实现工业化消费; 偶联剂涂层法、聚合物涂层法的结果不明显。氧化法中,液相氧化仅适于间歇操纵; 气相氧化法反应时间凭据碳纤维品种和所需氧化水平而定; 气液双效氧化法难以掌握前提。相对来讲, 电化学氧化法的长处最多, 不只可以或许极大天进步碳纤维的外面浸润机能和回响反映性, 并且处置惩罚前提温文而易于掌握, 纤维外面处置惩罚匀称, 易于取碳纤维生产线婚配, 正在碳纤维工业化消费上运用的远景辽阔。
 
 
参考文献:
 
[1] 钱水林. 碳纤维的运用及市场需求剖析 [J]. 石油化工手艺取经济,2008,24 (1):26-27.
 
[2] Li L. Interfacial studies on the ozone and air-oxidation-modified carbon fiber reinforced PEEK composites [J]. Surface and Interface Analysis, 2009, 41(4):310-315.
 
[3] Li J, Su Y H. The oxidation-treated interface on terminological properties of carbon fibers-reinforced PTFE composite under oil-lubricated condition [J]. Surface and Interface Analysis, 2009, 41(5): 333-337.
 
[4] Liu J, Tian Y L, Chen Y J, Liang J Y. Interfacial and mechanical properties of carbon fibers modified by electrochemical oxidation in(NH4HCO3)/(NH4)2C2O4•H2O aqueous compound solution[J]. Applied Surface Science, 2010, 256(21): 6199–6204.-澳门金沙娱乐网站
 
[5] Kingsley K C H, Adam F L, Lamoriniere S, Bismarck A. Continuous atmospheric Plasma fluorination of carbon fibers[J]. Composites Part A: applied science and manufacturing, 2008 39(2): 364–373.
 
[6] Melanoma T, Naito K, Yang J M, Kyoto J, Sacker D, Kagawa Y. The effect of compliant polyimide Nan coating on the tensile properties of a high strength PAN-based carbon fiber [J]. Composites Science and Technology, 2009, 69(7-8):

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