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本文采用实验室自行设计的连续化化学气相沉积(CVD)设备,实现了CNTs/CF多尺度增强体的连续化制备,完成了对连续化制备工艺的进一步优化。本文主要针对以下四个方面进行研究:(1)研究电化学阳极氧化(EAO)强度对碳纤维表面元素及官能团含量、纤维拉伸强度及CNTs/CF多尺度增强体表面形貌的影响;(2)分析催化剂颗粒的元素组成及相组成,探究硫元素掺杂形式;(3)优化催化剂体系,在催化剂前驱体中引入硫脲作为催化促进剂,探究促进剂及生长温度对CNTs/CF多尺度增强体表面形貌、单丝拉伸强度以及CNTs微观结构的影响;(4)改变碳纤维进丝速度以及生长气氛中H2与C2H2的比例,探究CVD工艺时间及生长气氛对CNTs/CF多尺度增强体表面石墨化程度、表面形貌及其拉伸强度的影响。经过对预处理碳纤维的表面成分与力学性能的研究可知:EAO处理会增加表面极性官能团含量,改变碳纤维表面各种化学元素的相对含量。高强度的表面氧化会导致碳纤维表面被严重刻蚀,造成大量缺陷出现在碳纤维表面从而导致其石墨结构疏松,影响碳纤维表面的石墨化程度,进而致使碳纤维强度降低。经过50C/g、100C/g及150C/g电化学处理后,碳纤维表面碳元素含量由93.16%降低至 77.66%、73.64%及 70.21%,极性官能团含量由 19.82%提高至 27.59%、34.48%及35.67%,碳纤维单丝拉伸强度由4.23GPa降低至4.15GPa、4.10GPa及3.9J GPa。经不同强度EAO工艺处理后,CNTs在碳纤维表面的分布逐渐均匀,经100C/g及150C/g电化学处理后,CNTs/CF多尺度增强体表面CNTs分布均匀。对CVD工艺中催化剂体系优化的研究表明:催化剂活性受温度影响较大,在500℃-700℃范围内,提高CVD温度,催化剂的活性也会随之逐渐提高。在600℃下,碳纤维表面的CNTs长径比小,管壁曲折且存在大量缺陷,石墨化程度较低。在650℃及700℃下,CNTs具有较大的长径比,其表面石墨化程度提高。在催化剂前驱体中添加硫脲后,催化剂活性显著提高,在550℃、580℃及600℃下,碳纤维表面均能沉积生长大长径比的CNTs;500℃下沉积的CNTs短小。硫脲浓度对催化剂活性的影响十分明显,多尺度增强体表面的CNTs的数量随硫脲浓度提高而增加。当硫脲浓度为O.Olmol/L、0.02mol/L、0.03mol/L时,580℃下制备的CNTs/CF多尺度增强体单丝拉伸强度分别为4.33GPa、4.53GPa、4.51GPa。对CVD工艺条件的研究表明:降低碳纤维的走丝速率,延长CNTs的生长时间,CNTs层的厚度与密度随之增加。当走丝速度大于3cm/min时时,CNTs/CF多尺度增强体表面石墨化程度及拉伸强度随走丝速度降低而逐渐提高,在3cm/min时,其R(ID/IG)达到最低值,纤维表面的石墨化程度最高;当走丝速度降低至2cm/min时,碳纤维表面有大量的无定形碳,使多尺度增强体表面石墨化程度降低,同时过多的无定形碳沉积在CNTs层的间隙中的导致CNTs层板结。生长气氛中的H2能够对C2H2的裂解产生一定程度的抑制,对于延长催化剂寿命,提高CNTs/CF表面的石墨化程度具有一定的效果。随着生长气氛中H2流量由0逐渐提高至0.9L/min,多尺度增强体表面石墨化程度逐渐提高,H2流量低于0.3L/min时,增强体表面难以得到均匀的CNTs层。在优化CVD工艺的同时,本文对CNTs的生长机制、CNTs/CF多尺度增强体的热氧化性能及浸润性进行分析研究。透射电镜图片表明在本文中CNTs生长机制为顶端生长机制。与脱浆碳纤维相比,空气加热氧化条件下,接枝CNTs后增强体的TG曲线出现两次明显的失重,第一个是在400℃-450℃无定形碳氧化分解导致样品失重;第二次发生在600℃-650℃,这是由碳纤维氧化分解导致的样品失重。在碳纤维表面生长CNTs后,其表面特性明显改善,树脂浸润性有所提高。随着温度的提高,多尺度增强体表面的CNTs的数量及长径比有所增加,增加增强体的比表面积,故而树脂的吸附量随之增加;在硫脲辅助的条件下,随着硫脲浓度的提高,多尺度增强体对环氧树脂的浸润性先提高后降低。