中间相沥青基碳纤维的制备及其表面处理的研究

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1、中间相沥青基碳纤维的制备及表面处理的研究摘要本文以日本AR中间相沥青为原料，利用元素分析、红外光谱分析等分析方法研究了其组成及结构，分析在制备中间相沥青基碳纤维过程中各个阶段其结构形态的变化。实验结果表明，AR中间相沥青在360。C时具有较好的可纺性，在纺丝温度为360℃、压力在0．01MPa、收丝速度为500r／min的条件下可以得到沥青纤维，通过氧化、碳化可得到性能较好的沥青碳纤维，并研究了碳纤维的断面形貌。通过扫描电子显微镜(SEM)观察，碳纤维的横截面呈洋葱皮及洋葱皮一辐射混合型结构。利用正交法研究了电化学氧化法对中间相沥青基碳纤维表面处理过程中各因素对表面处理效果的影响，并获得

2、了优化的表面处理条件。利用付立叶变换红外光谱扫描，X射线光电子能谱等分析手段，对优化的最佳条件下的表面处理效果进行表征。经过验证，证明在硝酸预处理时间为24小时，电解氧化时间为180s；电流强度为0．5A；电解质浓度为0．6mol·L1的条件下，碳纤维表面出现了羟基、羰基以及羧基等极性基团增长的现象，这使碳纤维的化学键合点增加，从而增加碳纤维与基体间的粘结强度，提高了与树脂的界面结合性能。另一方面，将处理后的碳纤维与树脂复合制备样条测试后发现，碳纤维表面处理过程将其复合材料的层间剪切强度(ILSS)提高到北京化T大学硕I：研究生学位论文45．324MPa，较未经硝酸预处理而直接进行电化学

3、氧化表面处理的碳纤维提高了24．1％，较未经表面处理碳纤维提高了49．4％。另外，为了提高碳纤维与树脂界面的结合力，阳极氧化后在其表面设计涂覆聚合物复合涂层来提高其复合材料的层间剪切强度。实验证明，当搭配方式为聚合物涂层质量分数为2％；刚性涂层质量分数为5％；柔性涂层质量分数为9％时，碳纤维复合材料的层间剪切强度能够达到48．357MPa，较未处理碳纤维增长了59．4％。说明纤维在表面涂覆高分子涂层后，在纤维与树脂间形成了新的界面结合，基体树脂将力更加均匀的传递给了纤维，使纤维发生张力破坏。通过SEM观察，碳纤维表面涂敷高分子涂层的设计很明显能够更好发挥碳纤维作为复合材料增强体的作用。关

4、键词：中间相沥青基碳纤维，正交设计，阳极氧化，预处理，表面涂层，微观结构，力学性能摘要STUDYONSURFACETREATMENTANDCOMPoSITESoFMESoPHASEPITCH．BASEDCARBoNFIBERABSTRACTThecompositionandstructureofARmesophasepitchwerestudiedbymeansofelementalanalysis，FT-IRandthedifferencesofstructureduringthepreparationwereanalysed．Carbonfiberobtainedthroughmel

5、t-spinning，oxidization，carbonizationfrommesophasepitch，andtheresultofexperimentshowedthatARmesophasepitchhasbetterpropertiesatthetemperatureof360。C，thepressureof0．01MPaandthecollectingrateof500r／min．Ontheotherhand，analyzingmethodofSEMprovedthatthecrosssectionofcarbonfiberwasonionskinandonionskin．

6、radiation．Somemajorelementsinfluencingthemodificatoryeffectofmesophasepitch-basedcarbonfiberduringtheprocessofelectrochemicaloxidationwerecomparativelyanalysedbytheOrthogonalexperiment．TheoptimizedconditionsofelectrochemicaloxidationwerecharacterizedthroughFourierTransformInfraredSpectroscopy,X—r

7、ayPhotoelectronSpectroscopyetc．Itisshowedthatthehydroxyl，carbonyl，carboxylgroupswereanalysedaroundIII北京化．丁大学硕l：研究生学位论文thesurfaceofcarbIfiber,onconditionthat24hHN03(650fcarbontiber,65％1HN1％)pretreatment，180selectrochemi