炭纤维表面化学结构对其增强环氧树脂基复合材料性能的影响

doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.016

摘要
参考文献
相关文章
Metrics

全文: PDF(1598 KB) HTML()
输出: BibTeX | EndNote (RIS)

摘要采用阳极氧化法对炭纤维的表面进行处理，通过改变氧化程度制备具有不同表面化学结构的炭纤维，并将其作为增强体再制备成复合材料。研究了炭纤维表面化学结构对其增强环氧树脂基复合材料性能的影响。结果表明，阳极氧化处理后炭纤维表面活性大幅提高，O，N元素含量分别由处理前的3.10%，1.12%提高到处理后的13.07%，5.96%；当电流密度低于15A/m²时，O/C，N/C值越高越有利于炭纤维表面与环氧树脂基体之间的界面黏合；在含氧官能团中，-COOH是决定炭纤维/环氧树脂基体间化学键合强度高低的关键因素。

	服务

	把本文推荐给朋友
	加入引用管理器
	E-mail Alert
	RSS
	作者相关文章
	钱鑫
	支建海
	张永刚
	杨建行

关键词 ：炭纤维, 化学结构, 环氧树脂, 复合材料

Abstract：Carbon fibers with different surface chemical structure were achieved by changing the oxidative intensities in the electrochemical anodic oxidation, and then these fibers were chosen as the reinforcements of carbon fiber/epoxy resin composites. Effect of surface chemical structure on the properties of composites was researched. The results show that surface activity increases greatly after electrochemical oxidation. The relative contents of oxygen and nitrogen increase from 3.10% and 1.12% to 13.07% and 5.96% respectively. When the current density is lower than 15A/m², the higher the values of O/C and N/C, the better the interfacial bonding between carbon fiber surface and the epoxy resin. Among the oxygen-containing functional groups, -COOH is the key factor which can determine the chemical bonding between carbon fiber surface and the resin matrix.

Key words： carbon fiber chemical structure epoxy resin composite

收稿日期: 2012-07-27 出版日期: 2014-06-20

中图分类号:

TQ342

基金资助:国家重点基础研究发展计划资助项目（2011CB605602）；浙江省重点科技创新团队项目（2011R50013）

作者简介: 钱鑫（1984- ），男，博士后，主要从事炭纤维表面处理及复合材料的界面优化研究，联系地址：浙江省宁波市镇海区中官西路1219号中国科学院宁波材料技术与工程研究所特种纤维事业部（315201），E-mail：qx3023@nimte.ac.cn

引用本文:

钱鑫, 支建海, 张永刚, 杨建行. 炭纤维表面化学结构对其增强环氧树脂基复合材料性能的影响[J]. 材料工程, 2014, 0(6): 84-88.
QIAN Xin, ZHI Jian-hai, ZHANG Yong-gang, YANG Jian-xing. Effect of Surface Chemical Structure of Carbon Fibers on Properties of Carbon Fiber/Epoxy Resin Composites. Journal of Materials Engineering, 2014, 0(6): 84-88.

链接本文:

http://jme.biam.ac.cn/CN/10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.016 或 http://jme.biam.ac.cn/CN/Y2014/V0/I6/84

[1] BLACKKETTER D M, UPADHYAYA D. Evaluation of fiber surface treatment and sizing on the shear and transverse tensile strengths of carbon fiber-reinforced thermoset and thermoplastic matrix composites[J]. Polymer Composites, 1993, 14 (5):430-436.
[2] MAHY J, JENNESKENS L W, GRABANDT O, et al. The relation between carbon-fiber surface treatment and the fiber surface microstructure[J]. Surface and Interface Analysis, 1994, 21(1):1-13.
[3] LEE J Y, DRZAL L T. Surface characterization and adhesion of carbon fibers to epoxy and polycarbonate[J]. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2005, 25(5):389-394.
[4] 张丽娇, 顾轶卓, 李敏, 等. 炭纤维特性与炭纤维/环氧树脂界面断裂能关联分析[J]. 材料工程, 2012, (7):81-85.ZHANG Li-jiao, GU Yi-zhuo, LI Min, et al.Correlation between properties of carbon fibers and interfacial fracture energy of carbon fiber/epoxy resin[J].Journal of Materials Engineering, 2012, (7):81-85.
[5] VICKERS P E, WATTS J F, PERRUCHOT C, et al. The surface chemistry and acid-based properties of a PAN-based carbon fiber[J]. Carbon, 2000, 38 (5):675-689.
[6] YUE Z R, JIANG W, WANG L, et al. Surface characterization of electrochemically oxidized carbon fibers[J]. Carbon, 1999, 37 (11):1785-1796.
[7] GUIGON M. Characterization of the interface in a carbon-epoxy composite using transmission electron microscopy[J]. Journal of Material Science, 1992, 27(17):4591-4597.
[8] 贺福. 炭纤维及石墨纤维[M]. 北京:化学工业出版社, 2010.
[9] 刘杰, 王春华, 连峰, 等.碳纤维在不同电解质体系下的电化学表面改性[J]. 高科技纤维与应用, 2012, 37(2):14-19.LIU Jie, WANG Chun-hua, LIAN Feng, et al.Electrochemical surface treatment and of PAN-based carbon fibers in different electrolyte solutions[J].Hi-tech Fiber & Application, 2012, 37(2):14-17.
[10] 孙曼灵. 环氧树脂应用原理与技术[M]. 北京:机械工业出版社, 2002.
[11] DILSIZ N, WIGHTMAN J P. Effect of acid-base properties of unsized and sized carbon fibers on fiber/epoxy matrix adhesion[J]. Colloids and Surface A, 2000, 164(2-3):1105-1114.
[12] WEITZSACKER C L, XIE M, DRZAL L T. Using XPS to investigate fiber/matrix chemical interactions in carbon-fiber-reinforced composites[J]. Surface and Interface Analysis, 1997, 25(2):53-63.
[13] DHAKATE S R, BAHL O P. Effect of carbon fiber surface functional groups on the mechanical properties of carbon-carbon composites with HTT[J]. Carbon, 2003, 41(6):1193-1203.

[1]	许文龙, 陈爽, 张津红, 刘会娥, 朱佳梦, 刁帅, 于安然. 羧甲基纤维素-石墨烯复合气凝胶的制备及吸附研究[J]. 材料工程, 2020, 48(9): 77-85.
[2]	张成林, 董抒华, 李丽君, 田龙雨, 谭洪生. E-玻纤/环氧树脂预浸料固化动力学及其动态热力学性能[J]. 材料工程, 2020, 48(9): 152-157.
[3]	曹弘毅, 姜明顺, 马蒙源, 张法业, 张雷, 隋青美, 贾磊. 复合材料层压板分层缺陷相控阵超声检测参数优化方法[J]. 材料工程, 2020, 48(9): 158-165.
[4]	栾建泽, 那景新, 谭伟, 慕文龙, 申浩, 秦国锋. 铝合金-BFRP粘接接头的服役高温老化力学性能及失效预测[J]. 材料工程, 2020, 48(9): 166-172.
[5]	曾成均, 刘立武, 边文凤, 冷劲松, 刘彦菊. 激励响应复合材料的4D打印及其应用研究进展[J]. 材料工程, 2020, 48(8): 1-13.
[6]	魏化震, 钟蔚华, 于广. 高分子复合材料在装甲防护领域的研究与应用进展[J]. 材料工程, 2020, 48(8): 25-32.
[7]	包建文, 钟翔屿, 张代军, 彭公秋, 李伟东, 石峰晖, 李晔, 姚锋, 常海峰. 国产高强中模碳纤维及其增强高韧性树脂基复合材料研究进展[J]. 材料工程, 2020, 48(8): 33-48.
[8]	肇研, 刘寒松. 连续纤维增强高性能热塑性树脂基复合材料的制备与应用[J]. 材料工程, 2020, 48(8): 49-61.
[9]	陈利, 焦伟, 王心淼, 刘俊岭. 三维机织复合材料力学性能研究进展[J]. 材料工程, 2020, 48(8): 62-72.
[10]	郝思嘉, 李哲灵, 任志东, 田俊鹏, 时双强, 邢悦, 杨程. 拉曼光谱在石墨烯聚合物纳米复合材料中的应用[J]. 材料工程, 2020, 48(7): 45-60.
[11]	张波波, 张文娟, 杜雪岩, 王有良. 铁基磁性纳米材料吸附废水中重金属离子研究进展[J]. 材料工程, 2020, 48(7): 93-102.
[12]	高禹, 刘京, 王进, 王柏臣, 崔旭, 包建文. 真空热循环对碳/双马来酰亚胺复合材料低速冲击性能的影响[J]. 材料工程, 2020, 48(7): 154-161.
[13]	李为民, 彭超义, 杨金水, 邢素丽. PTFE/epoxy全有机超疏水涂层制备[J]. 材料工程, 2020, 48(7): 162-169.
[14]	冯景鹏, 余欢, 徐志锋, 蔡长春, 王振军, 胡银生, 王雅娜. 2.5D浅交直联C_f/Al复合材料的显微组织及弯曲和剪切性能[J]. 材料工程, 2020, 48(6): 132-139.
[15]	李翰, 樊茂华, 王纳斯丹, 范保鑫, 冯振宇. 碳纤维环氧树脂复合材料热响应预报方法[J]. 材料工程, 2020, 48(5): 49-55.

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed