新型碳纤维表面活化方法研究

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碳纤维及其复合材料是伴随着军工事业的发展而成长起来的新型材料,属于高新技术产品,具有高比强度,高比模量,耐高温,耐腐蚀,耐疲劳,抗蠕变、导电、传热、和热膨胀系数小等一系列优异性能,它既可以作为结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用。因此其近年来发展十分迅速,在航空、航天、汽车、环境工程、化工、能源、交通、建筑、电子等众多领域得到了广泛的应用。然而由于碳纤维与树脂基体之间的界面结合性能较差,其增强的复合材料的力学性能往往与理论值相差甚远,因此必须对碳纤维进行表面改性,以提高其与聚合物基体的界面粘结性能。首先从物理结构的角度出发,通过配置不同浓度的硝酸,探讨氧化剂浓度的不同对碳纤维表面活化效果的影响;其次,利用超声振荡处理碳纤维表面,探讨超声振荡处理对碳纤维表面改性的影响;最后,从化学结构的角度出发,在不破坏碳纤维原本的结晶结构的基础上,通过偶氮二异丁腈引发甲基丙烯酸发生聚合反应,探讨聚合处理对碳纤维表面活化效果的影响。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(IR)、表面能谱(EDS)等表征结果来评定碳纤维表面活化效果的好坏。结果表明:1.经硝酸氧化后,碳纤维表面粗糙程度增加;随着硝酸浓度的增加,表面含氧量也随之增加;2.超声振荡不仅可以增加纤维表面活性官能团的数量,还可以增大表面晶粒与晶粒之间的间距(从而为下文中聚合反应引入活性单体做相关实验准备);3.聚合处理后的碳纤维表面生长出聚甲基丙烯酸。由于羟基、羰基、羧基等官能团的引入,使得表面活性官能团数量增加,达到改善纤维表面活化的效果;并且随着聚合时间的增加,活化效果越显著。
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