新型碳纤维表面金属化及其聚氨酯基复合材料的性能研究

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碳纤维具有很多优良性质其应用非常广泛,尤其广泛被用于复合材料增强体,但由于碳纤维表面的惰性以及低的表面能限制了它的使用,所以针对碳纤维表面的改性以寻求新型碳纤维表面的修饰是十分必要的。为了使碳纤维的达到更好的增强增韧效果,我们制备了新型金属化的碳纤维并把它作为聚氨酯基复合材料的增强体,对其性能进行了一系列测试评价。首先,引入单宁酸这一种本身粘附性良好的试剂,辅助完成碳纤维表面的电沉积过程,制备得到新型的单宁酸包覆金属镍碳纤维,利用单宁酸自带的羟基以及它促进电沉积的效果,很好的使碳纤维表面沉积的晶粒细化。在此过程中还促进了金属层与碳纤维的界面结合强度,使单宁酸-镍-碳纤维可作为一种新型的具有很大潜力的复合材料增强体。然后,将探索制得的单宁酸-镍-碳纤维作为复合材料增强体添加到聚氨酯基体中,得到单宁酸-镍-碳纤维/聚氨酯复合材料,对比纯聚氨酯、原始纤维/聚氨酯复合材料和镍-碳纤维/聚氨酯复合材料,单宁酸-镍-碳纤维表面的羟基可与聚氨酯中的异氰酸酯基团发生化学交联,从化学角度提升复合材料性能,单宁酸促进电沉积使得晶粒细化导致复合材料的裂纹扩展途径增加,最终复合材料的韧性也得以提升,新型的表面改性使得复合材料强度韧性双重提升。最后,从改变碳纤维表面金属形貌入手,用特殊的串珠状铜晶体代替均匀的铜镀层,制备得到新型的串状铜-碳纤维/聚氨酯复合材料,对比纯聚氨酯和原始纤维/聚氨酯复合材料,金属铜的引入使得材料内部导电网络更加连续,提升了串状铜-碳纤维/聚氨酯的电性能。特殊的表面形貌以及粗糙的表面在复合材料基体中实现良好的钉扎效果,从而使得复合材料强度得以提升,串状铜的表面积比平直纤维表面积更大,使得材料受到外力冲击时裂纹扩展途径增多从而提升材料韧性,新型的特殊形貌改性使得复合材料强度韧性双重提升。
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