碳纤维表面处理方法

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1、哈尔滨师范大学学士学位论文开题报告论文题目学生姓名指导教师年级专业12年月12论文来源：碳纤维被誉为一种新型无机材料，其具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗辐射、导电、传热、减震、降噪等一系列优良性能，被作为典型的高性能纤维Ill0碳纤维被广泛地作为一种先进树脂基复合材料的增强纤维，目前其应用领域主要在航空航天飞行器(卫星、运载火箭、战术导弹、飞机等)上，主要是其可大幅度减轻结构预制件重量，进一步提高技术性能。论文研究的目的和意义：碳纤维作为一种新型无机材料，.被广泛的应用于先进复合材料的增强体。碳纤维的本体结构决定了其表面性能，主要表现为石墨结构的平滑表面、表面能低

2、、活性官能团少、表面呈化学惰性，此结构的碳纤维与基体浸润性差，导致增强相与基体的界面粘结力变弱，使得碳纤维增强复合材料的综合性能变差。所以，利用碳纤维表面改性方法来提高碳纤维表面和界面性能成为研究热点。目前国内外关于碳纤维表面改性的研究很多，但是主要集中于各种处理方法对碳纤维表面性能极其复合材料性能的影响。而对于各种不同处理方式结合碳纤维上浆工艺后碳纤维性能影响的研究几乎没有。本文旨在首先研究一种环保的水性聚氨醋环氧乳液上浆剂，及其选择加入合适的增塑剂提高其耐磨性能。其次研究了碳纤维等离子体处理及等离子体活化接枝等预处理方式，对碳纤维浆纱性能的影响。经过不同的改性方式后碳纤维表面具

3、有不同表面性能。浆层既要能保护纤维，对其起到补强的作用，同时又要和预处理后的活性基团发生一定的化学作用，另外，在与树脂基体复合时，又要与基体发生作用，使复合作用大部分来源于化学键合。12国内外研究现状及发展趋势：碳纤维及其复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能，故它既能作为结构材料，又能作为功能材料使用。碳纤维是纤维状的碳材料，化学组成中碳元素占总质量的90%以上，可形成金刚石、石墨、卡宾等结晶态，也可形成非晶态的各种过渡态。在空气中，350℃以上温度会出现不同程度的氧化，在惰性气氛中高温时也不熔融，只是在3500℃

4、以上的高温直接升华。目前世界上生产和销售的碳纤维绝大部分是聚丙烯睛基碳纤维，而沥青基纤维的发展还是在20世纪80年代后期，此外，气相生长碳纤维还在研究中。原料及制法不同，所得碳纤维的性能也不一样。碳纤维可单独使用，但绝大多数是以复合材料的形式使用，其中，又以碳纤维增强树脂基体复合材料为主要形式。碳纤维增强树脂复合材料(CFRP准为工程结构材料使用时，要求层间剪切强度(11-80MP似上，最好在90MP似上。未经表面处理碳纤维，其C'FRF怕勺BSS般在50-60MP健间，达不到使用要求的下限值;碳纤维经表面处理后，其C'FRP的BS.S可提高到80-120MP昨邑满足使用要求。碳纤

5、维经表面处理的能显著改善纤维与基体树脂之间的界面粘接，充分发挥增强纤维的高强度和高模量特性，使其强度利用率达到8叫-'9000;而未经表面处理碳纤维的强度利用率仅为55%-'6000。因此，碳纤维的表面处理成为其在树脂基复合材料使用时考虑的一个重要因素。12论文研究的主要内容和方法，研究过程中的主要问题和解决办法：本文主要研究不同的表面处理方法对碳纤维及其复合材料性能的影响，图1-3列出了本文主要的处理方法和技术路线，其中大体包括以下几个方面:采用水性聚氨醋环氧乳液上浆剂对碳纤维裸丝进行上浆。其中主要研究了上浆前预处理、上浆工艺及浆料中不同增塑剂对碳纤维浆纱及其复合材料性能的影响。

6、(2)主要研究了低温等离子体对碳纤维的表面改性，探讨了等离子体处理工艺参数对碳纤维改性效果的影响，并探讨了其改性机理，摸索适合于生产需求的最优介质阻挡等离子体改性工艺。在此基础上进一步研究等离子体处理引发水性聚氨酷环氧树脂浆料改性碳纤维，着重分析了改性对碳纤维表面性能和CF/EP复合材料界面性能的影响。(3)采用等离子体技术对碳纤维表面预处理，然后用马来酸配MA在其表面进行接枝，探讨了等离子体的处理条件(处理时间和处理功率)、不同接枝单体浓度、接枝反应时间和温度对碳纤维表面接枝率、表面能、表面官能团和与环氧树脂间界面粘接强度的影响。后主要研究了未上浆、上浆、等离子体活化上浆和等离子

7、体活化接枝酸配上浆处理后碳纤维表面的润湿性、官能团等性能变化，以及单纤维制成的复合材料力学性能变化及两相间的界面粘接情况。12论文研究起止时间和进度安排：12论文研究所需主要设备、仪器及药品：1212`外出调研主要单位，访问学者姓名：12指导教师审查意见：12指导教师（签字）　　　　年月教研室（研究室）评审意见：____________教研室（研究室）主任（签字）　　　　年月12院（系）审查意见：____________院（系）主任（签字）　　　　年月12目录一、绪论