不同上浆碳纤维表面状态对其缠绕复合材料性能的影响

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1、密级：中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文丕园土鏊毯红维麦亘丛查型基缠缝复金挝挝丝能笪毖堕作者姓名：韭釜釜指导教师：拯丞崮硒窒旦出酉堪邃丝堂班窒压学位类别：王堂亟±学科专业：丝堂王茎培养单位：生国型堂院出酉堪塞丝堂班究压2013年4月ZhangDongdongAThesisSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMastero

2、fChemicalTechnologyInstituteofCoalChemistry,ChineseAcademyofSciences，April，2013兰一致谢本论文是在杨永岗研究员和谭松培研究员共同悉心指导下完成的，论文的完成倾注了两位导师诸多的心血。杨老师渊博的学识，诲人不倦的教学方式，严谨的治学态度，高效的工作效率给作者留下了深刻的印象。谭老师对工作的认真负责，对科研工作的不辞辛苦，对学术创新的不断探索永远是我学习的楷模。两位导师不仅在学习和科研工作上给了我很多的帮助，而且在生活上也给予了很多关心。在此我谨祝两位老师在繁忙的工

3、作中注意合理休息，永远身体健康。在这里需要特别感谢上海核工业第八研究所的高建军主任和薛峰高工，在论文实验部分给予的极大支持以及论文撰写过程中提出的宝贵意见。是他们丰富的实践经验，真诚的交流态度以及对实验设备和原料的大力支持才使得本论文能顺利完成。衷心感谢温月芳教授、王茂章研究员对本论文工作的大力支持、热诚指点和生活上的帮助!衷心感谢李辉、陈成猛、范军亮、龚文照、张兴华、李永锋、王伟、崔荣庆、谌磊、孔庆强、徐岗领、胡培贤、李阳、王平、李娜、李春红、杨芒果等师兄师姐在论文完成过程中给予的关心和帮助!衷心感谢701组的王润娥老师、毕铜珍、倪楠楠

4、、曹瑞谦、郭建强等在工作和生活上的关心和支持!衷心感谢核工业第八研究所的常青、王海燕、何利娜、朱庆明、胡红敏、陆宏光等在论文完成过程中提出的建议和帮助!感谢研究生部梁萍老师、原辉老师、韩丽娜老师等在学习和生活上的关心和帮助，感谢所里各部门对作者无私的帮助。感谢同学晋华东、仲凯凯、刘成伟、刘园春等在生活和学习上的帮助，同窗友谊天长地久，我将永远珍惜这份兄弟情!最后要感谢我最亲爱的父母、姐姐、爱人一直以来对我默默的支持，在我遇到困难时给我的关心和鼓励，是你们对我的爱给了我不断进步的动力。张冬冬2013年4月摘要聚丙烯腈碳纤维(PANCF)因具

5、有高比强度，高比模量，质轻，耐腐蚀，耐高温等优异性能，用其制备的复合材料广泛应用于航空、航天、风力发电等领域，其中碳纤维增强树脂基复合材料应用最为广泛。研究表明：碳纤维树脂基复合材料的性能不仅取决于纤维和树脂基体本身，只有纤维与树脂问界面性能良好的情况下，外界载荷才能通过树脂有效传递到碳纤维，使碳纤维的力学性能得到充分发挥。碳纤维表面为结晶度较高的类石墨结构，表面碳原子化学稳定，使得碳纤维的表面显惰性，不利于碳纤维与树脂基体的浸润和形成合适的界面粘接。为提高碳纤维表面活性，上浆是碳纤维表面处理的常用方法，而且上浆剂还可以明显改善碳纤维的工

6、艺加工性能。针对不同的树脂基体和复合材料成型工艺，应选择不同的上浆处理条件使纤维与树脂基体形成良好的界面匹配。碳纤维复合材料的制备工艺方法有很多，其中缠绕成型已经被认为是低成本制造高性能碳纤维复合材料的首选方法之一。为配合国产碳纤维产业化应用研究，本文选择缠绕成型工艺制备碳纤维复合材料，并以该工艺中常用的环氧树脂为树脂基体，考察上浆剂对碳纤维的工艺加工性能和表界面性质的影响。本课题选用涂覆A、B两种不同上浆剂的国产T700级碳纤维为研究对象，以日本东丽T700S碳纤维为参比对象。利用SEM、AFM、FTIR，XPS等仪器分析了上浆剂对碳纤

7、维表面状态的影响，并通过考察缠绕成型复合材料900横向拉伸强度研究了碳纤维表面状态对其复合材料界面粘接性能的影响。得到的主要结论和观点如下：1．上浆量的增加有利于碳纤维毛丝量的减少，增加丝束的集束性，因此可以提高碳纤维的干纱拉伸性能，从而减少大张力缠绕过程中对碳纤维的损伤。ZT7H．B与ZT7H．A的相比，悬垂值较小，即柔软度更高，且随上浆量增加，纤维的悬垂值没有明显的增加，这可能与上浆剂B中含有较多的醚键有关。2．国产碳纤维原丝主要采用湿法工艺，因此碳纤维表面存在沿纤维轴向分布的沟槽。而日本东丽公司的T700S采用的是干喷湿纺工艺，碳纤

8、维的表面光滑。因此国产碳纤维更利于和树脂基体形成机械啮合，增强界面粘接强度。不同上浆碳纤维表面状态对其缠绕复合材料性能的影响3．三种碳纤维上浆剂主要成分都为双酚A类环氧树脂，但各自含有活性官能