SiC颗粒影响在碳纤维增强复合材料的力学性能

1、SiC颗粒影响在碳纤维增强复合材料的力学性能工业设备结构分析的国家重点实验室，大连理工大学，大连，中国。文章历史:2016年12月27日收到，2017年4月3日接受修订，2017年4月5日2017年4月9日在线摘要为了提高短碳纤维增强复合材料的力学性能（scfrp）复合材料，sicnw通过 原位合成的方法引入到scfrp复合材料。这是发现sicnw在矩阵和对碳纤维表面 生长。原位合成sicnw能有效加强scfrp复合材料和导致一个增强的力学性能美国的sicnw不仅作为二次加固，但也增加了纤维基体界面结合面积和结合强度。关键词：碳纤维复合材料，复合材料的力学性能1简介短碳纤维增强聚合物基复合材料

2、（scfrp ）已被视为新一代工程材料由于其 制作工艺简单，成本低，具有优良的化学能力1。然而，与金属等传统材料相 比，scfrp复合材料通常表现出的力学性能较低，这将限制他们在广泛的应用场2,3 o直到现在，许多学者用不同的方法提高 scfrp复合材料力学性能的努力 4,10。特别是，纳米复合材料简介，如碳纳米管（CNTs、纳米线和纳米颗粒，已 成为增强scfrp复合材料力学性能的主要方法之一。在文献11 , CNTs用于增 强酚醛树脂基复合材料。结果发现，碳纳米管可以提高力学性能对其内容相关矩 阵。然而，在钠的引入 没有增强材料，其中一个挑战就是均匀地分散在复合材 料的基体中。由于小尺寸和

3、高的比表面能力。特别是基体中纳米增强材料的非均 匀分布会产生结构缺陷，对力学性能有不利影响。对复合材料12特性。考虑到这个问题，有必要开发一个介绍了纳米复合材料的新途径。在这项工作中，该sicnw均匀引入scfrp矩阵通过原位生长法。发现原位生 长sicnw能有效加强scfrp复合材料和导致一个增强的力学性能。2实验短碳纤维（C fiber ）、酚醛树脂（PF）,聚乙烯亚胺（PEI）,硅（Si）和 二氧化硅（SiO2）粉为原料。图1示出了支晶状物为scfrp复合材料原位生长 sicnw化过程。通过一个类似于文献13工艺制备的坯体。首先，短碳纤维分布通过一种新 的胶体分散处理，在PF和PEI作为

4、单体和交联剂，分别制坯体均匀分布RT纤维与高开孔率。对于成长sicnw原位，坯体是由石墨网格支持放在硅和二氧化硅 的混合粉末在1500c，通过1小时蒸发Si和SiO2之间的Si和反应提供的含硅 气体，作为生长sicnw如图1所示的气体源。详细的生长过程及机理 SM可以在 别处找到14 0这个方法可制得多孔坯体的原位生长 sicnw 0在原位生长的 sicnwwere酚醛溶液渗入多孔坯体。与原位生长sicnw密集scfrp复合材料制造 （以后简称SCFRRSiCnw/）如图1所示。同时，该scfrp复合材料原位生长sicnw 制作作为参考（以下，简称scfrp ）。Green body Shor

5、t C fibers Green body with Graphite mesh Green body with图1所示。摘要针对现场生长的SCFRP复合材料的制作工艺进行了图解说明。3结果与讨论图2显示scfrp和scfrp sicnw XRD图谱。扩大碳峰在两复合材料可能是由碳 纤维和玻璃碳来自高温石墨化引起的低酚醛树脂裂解15 。为scfrp,没有存在SiC峰，如图2所示（一），但三个高的衍射峰，SiC在scfrp sicnw清楚地观察到如 图2所示（B）。这些山峰都有很好的匹配（111）、（220）和（311）的衍射平 面SiC 14 。在场的SiC的峰可以归因于原位生长 sicnw。

6、图3显示了扫描电镜microgra sicnw原位生长的多孔坯体小通孔。很明显， 大量的SiCnw是如图3所示的孔隙分布均匀（a）通过比较质量变化多孔坯体质量增加约 8%。图3 （b）表明，对热解炭颗粒位于毛孔内生长的sicnw。sicnw随机的LY型并给出了非均匀直径。多孔 坯体的制作过程中，一些纳米热解碳颗粒上形成了碳纤维表面。 这些碳磷将比碳 纤维更加活跃，碳纤维更容易与含硅的气态物质反应形成碳化硅物质， 如图3(c) 所示。与颗粒SiC、SiCnw C 一种生长在碳纤维的表面如图 3所示(C)。图3(d)显示，ED朋析结果。SiCnw主要由Si和C这样的结果与XRD分析 结果一致。表1

7、总结了 scfrp和scfrp sicnw性能。体积密度和材料的开孔率的测定采用 阿基米德方法。力学性能测定的 M三点与0.5毫米/分钟的十字头速度和距离 18毫米弯曲试验方法，分别。乌拉尔的 scfrp sicnw弯曲强度(131.7 MPa)高于 scfrp (105.2 MPa) , EV虽然它们的密度和孔隙度非常相似。这一结果表明，原 位生长sicnw在提高复合材料的力学性能起到了重要的作用。典型的 l应力-应 变曲线绘制在图4 (a)中。对scfrp sicnw具有高刚度、应力-应变曲线(在曲线 的线性区陡坡)和一个大的破坏应变。而弹性为9.2 GPa和6.3 GPa scfrp s

8、icnwscfrp,分另U。scfrp sicnw的应力-应变曲线下(1.72 106 J/m3几乎是两倍的scfrp (0.90 106 J/m3),说明scfrp sicnw更好的承载能力。图4 (B-D)显示scfrp sicnw断口的形貌测试后。从拔出的纤维，如图4(b), 我 可以看到，sicnw是碳纤维和基体之间形成。sicnw生长在C纤维的表面能增 加纤维基体的界面粘结面积和强度gthening纤维与基体之间的界面结合。的纤维-基体界面脱粘过程中，该sicnw桥接可以在纤维基体界面产生牵引力。这样 的牵引力会 避免界面脱粘，产生较高的载荷传递能力。另一方面，从分离界面 的碳纤维拔

9、出形成(图4 (c),对sicnw拉出CA明显观察。图4 (d)显示， sicnw嵌入基体中拔出。这些sicnw作为矩阵的二次加固。因此，可以有效地提 高了 sicnw通过协同增强效应scfrp复合材料的力学性能。HO203040506070802 Theta (degree)图 2 所示。x 射线衍射模式：(a)SCFRP;(b)SCFRP-sicnw 。图3所示。SEM显微图原位合成的多孔基体 SiCnw：(a)的分布在毛孔 SiCnw;(b)SiCnw 热解碳颗粒生长;(c)高放大图像显示 SiCnw增加碳纤维表面的感应 SiC颗粒;(d)EDS SiCnw 的结果。表 1 SCFRP和

10、 SCFRP-sicnw 的特性样品密度g/cm3孔隙度弹性模量GPa弯曲强度MPaSCFRP0.7356.66.3 016105.2 ±7SCFRP-Sicnw0.7566.99.2 014131.7 ±83d d d d o 2 Q B 6 41 d! 4L-(>D 豆 nx 悬妾;(C)从基质中拉出和碳纤维(d)图4所示。(a)应力-应变曲线;(b)从基质中拔出来的缺陷。4结论sicnw引入scfrp通过原位生长法复合材料力学性能的提高。 微观结构表征发 现，sicnw生长在基质上碳纤维表面。介绍sicnw能有效加强scfrp复合材料，导 致增强的机械性能。改进

11、的机械性能不仅属性分布式的 sicnw次级增强效应的矩 阵，而且增加的纤维基体的界面融合面积和融合强度。致谢这项工作得到了 Research Fund的支持。中国高等教育博士研究基金(批准 号：20130041110013 ,中国博士后科学基金(批准号：2016m600201)。引用1F. Rezaei, R. Yunus, N.A. Ibrahim, et al., Polym. Plast. Technol. 47 (2008) 351- 357.2S.Y. Fu, B. Lauke, E. M?der, et al., Compos. Part. A. 31 (2000) 1117112

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