碳纤维增强环氧树脂基复合材料研究进展

碳纤维增强环氧树脂基复合材料研究进展黄洪亮10721325

高性能塑料与工程2019.01.1311.碳纤维表面处理

高性能塑料与工程2019.01.132.复合体系及其特点6.EP／CF复合材料的应用5.EP／CF复合材料的界面结构表征方法4.EP／CF复合材料的成型工艺3.EP/CF复合材料的增强机理2

高性能塑料与工程背景介绍2019.01.13EP/CF复合材料的发展：3

高性能塑料与工程第一部分：碳纤维表面处理2019.01.13表面处理目的：提高碳纤维增强复合材料中碳纤维与基体的结合强度。途径：

清除表面杂质；在纤维表面形成微孔或刻蚀沟槽，从类石墨层面改性成碳状结构以增加表面能；引进具有极性或反应性官能团；形成能与树脂起作用的中间层。4

高性能塑料与工程第一部分：碳纤维表面处理2019.01.1352019.01.13W.H.Leeetal./AppliedSurfaceScience171(2019)136-142

气相氧化法是将碳纤维暴露在气相氧化剂中，在加温、加催化剂等特殊条件使其表面氧化生成一些活性基团。

高性能塑料与工程第一部分：碳纤维表面处理气相氧化法：6

采用液相介质对碳纤维表面进行氧化的方法。常用的液相介质有浓硝酸、混合酸和强氧化剂等。

高性能塑料与工程第一部分：碳纤维表面处理2019.01.13液相氧化法：赵东宇,李滨耀,余赋生.碳纤维表面的液相氧化处理改性[J]．应用化学，2019，(4)：117

高性能塑料与工程第一部分：碳纤维表面处理2019.01.13

把碳纤维作为电解池的阳极、石墨作为阴极，在电解水的过程中利用阳极生成的氧，氧化碳纤维表面的碳及其含氧官能团，将其先氧化成羟基之后逐步氧化成酮基、羧基和CO2的过程。阳极氧化法：夏丽刚,李爱菊,阴强,王威强;碳纤维表面处理及其对碳纤维/树脂界面影响的研究;材料导报,2019(5)：254-2578

高性能塑料与工程第一部分：碳纤维表面处理

利用非聚合性气体对材料表面进行物理和化学作用的过程。等离子体氧化法：DilsizN,EbertE,WeisweilerW.Effectofplasmapolymerizationoncarbonfibersusedforfiber/epoxy．CompJColloidInterfSci，2019，170：2419

高性能塑料与工程第一部分：碳纤维表面处理2019.01.13

将某种聚合物涂覆在碳纤维表面，改变复合材料界面层的结构与性能，使界面极性等相适应以提高界面粘结强度，同时提供一个可消除界面内应力的可塑界面层。表面涂层改性法：西北工业大学材料科学与工程学院曾金芳等采用活性涂层、刚性涂层和柔性涂层，分别对HTA—P30碳纤维进行表面处理活性涂层可显著改善复合材料的剪切性能，而且涂层浓度对性能的影响非常敏感，当浓度为1％-2％时，剪切强度可以提高20％。结果曾金芳.乔生儒.丘哲明等.纤维表面处理对碳纤维复合材料剪切性能影响．固体火箭技术，2019，25(4)：45—4910

高性能塑料与工程第二部分：复合材料基本特点2019.01.13EP/CF复合材料具有优异的性能：11常规的CF：表面平滑活性官能团少表面能低，呈现表面化学惰性，与EP基体浸润性较差，复合材料界面黏合力较弱。

高性能塑料与工程第三部分：增强机理2019.01.13EP/CF复合材料的增强机理：因此，需要对CF表面改性处理，提高其与基体树脂的黏结性，进而提高复合材料的性能。其表面石墨层面边缘较大面积氧化，边缘活性点数量增加，致使凹凸不平的表面更有利于与EP基体的键合，使复合材料的剪切性能提高。同时，其表面能增加，显著改善了CF与基体间的润湿性，接触角减小，表面呈现亲液性。另外，经过处理后，其表面出现了大量的羟基、羧基、醌类等官能团，提高了CF表面的极性、增强体与EP基体之间的润湿性和它们的黏结程度。12

高性能塑料与工程第四部分：复合成型工艺2019.01.13

EP/CF复合材料的复合成型工艺:13

高性能塑料与工程第四部分：复合成型工艺2019.01.13手糊成型：孙酣经．化工新型材料，2019(4)：42—4414

高性能塑料与工程第四部分：复合成型工艺2019.01.13树脂传递成型：马青松，等．材料科学与工程，2000，18(4)：92—9715

高性能塑料与工程第四部分：复合成型工艺2019.01.13真空袋法成型：李斌太，等．航空材料学报，2019，26(3)：222—2216

高性能塑料与工程第四部分：复合成型工艺2019.01.13树脂膜熔浸成型：陈立军，等：环氧树脂／碳纤维复合材料的成型工艺与应用，工程塑料应用，2019（35）：77-7917

高性能塑料与工程第四部分：复合成型工艺2019.01.13预浸料成型：

预浸料高压釜法示意图张彦中．纤维复合材料，2019(1)：26—3018

高性能塑料与工程第四部分：复合成型工艺2019.01.13拉挤成型：WingardCD．ThemlochimieaActa，2000，357／358：293—30119

高性能塑料与工程第五部分：界面结构表征方法2019.01.13EP/CF复合材料的界面结构表征方法：电镜分析扫描电子显微镜(SEM)透射电子显微镜(TEM)扫描隧道显微镜(STM)原子力显微镜(AFM)谱学分析离子散射谱(ISS)二次离子质谱(SIMS)俄歇电子谱(AES)X射线光电子谱(XPS)卢瑟福背散射(RBS)红外光谱(IR)紫外光谱(UV)20

高性能塑料与工程第六部分：复合材料的应用2019.01.13EP／CF复合材料的应用：21Experimentalstudyofmechanicalandelectricalpropertiesofcarbonnanofiber/epoxycomposites碳纳米纤维/环氧树脂复合材料的机械性能和电性能的实验研究

高性能塑料与工程文献部分2019.01.13SmrutisikhaBal；Experimentalstudyofmechanicalandelectricalpropertiesofcarbonnanofiber/epoxycomposites；MaterialsandDesign31(2019)2406–241322CNF(0.5wt.%,0.75wt.%and1wt.%）增强EP不同含量的碳纳米纤维对环氧树脂的增强效果将复合材料分别在室温环境下固化（23℃）和在冷冻环境下固化（4℃）不同的固化方式对复合材料性能的影响

高性能塑料与工程文献部分2019.01.131.Purpose:232.1.Materials环氧树脂、固化剂、碳纳米纤维(CNFs)2.2.Preparationofcomposites

高性能塑料与工程文献部分2019.01.132.Materialsandmethods24机械性能

弯曲性能

硬度电性能拉曼光谱电镜透射电子显微镜（TEM）扫描电子显微镜

（SEM）

高性能塑料与工程文献部分2019.01.132.3.characterization25

高性能塑料与工程文献部分2019.01.133.Resultsanddiscussion3.1.Bendingexperiments26

高性能塑料与工程文献部分2019.01.133.2.Hardnessresults27

高性能塑料与工程文献部分2019.01.133.3.Electricalmeasurement28

高性能塑料与工程文献部分2019.01.133.4.RamanspectroscopyFig.8.Ramanspectraof(a)roomtemperatureand(b)Refrigeratednanocomposites.29

高性能塑料与工程文献部分2019.01.133.5.ElectronmicroscopicstudyFig.9.DispersionofCNFsinepoxymatrix(insidearrowsindicateagglomeration)in(a)C1.0and(b)RC1.0.30

高性能塑料与工程文献部分2019.01.13Fig.10.FracturesurfaceofCNF/epoxycompositesof(a)C1.0and(b)RC1.0.31

高性能塑料与工程文献部分2019.01.13Fig.11.(a)FracturesurfaceofepoxymatrixEand(b)InteractionbetweenmatrixandcarbonnanofiberinnanocompositeC1.0.32

高性能塑料与工程文献部分2019.01.13Fig.12.FracturesurfaceofC1.0sample(a)alongx-directionshowinghorizontalalignmentoffibers;(b)alongz-directionshowingverti