不同方法表面改性碳纤维对复合摩擦材料性能的影响

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影响复合材质的因素

影响复合材质的因素
影响复合材料的因素包括以下几个方面：
1. 纤维材料的类型和性质：复合材料中的纤维通常采用玻璃纤维、碳纤维、聚酯纤维等材料，不同的纤维材料具有不同的强度、刚度和耐腐蚀性能，会直接影响到复合材料的性能。

2. 纤维含量和纤维分布：纤维含量和纤维分布的不同会影响到复合材料的强度、刚度和断裂韧性等性能。

3. 基体材料的类型和性质：复合材料的基体材料可以是树脂、金属、陶瓷等，不同的基体材料具有不同的耐热性、耐腐蚀性和机械性能，会对复合材料的性能产生影响。

4. 界面结构和粘结性能：界面结构和粘结性能是纤维和基体之间的粘结强度，影响到复合材料的界面剪切强度和界面失效的方式。

5. 制备工艺和工艺参数：制备工艺和工艺参数如纤维层厚度、纤维取向、树脂固化温度等，会影响到复合材料的成型质量和性能。

6. 环境因素：环境因素包括温度、湿度、化学物质等，会对复合材料的性能产生影响，如热膨胀系数、耐腐蚀性等。

7. 使用条件：复合材料的使用条件如受力状态、载荷类型和工作温度等，会对复合材料的性能和寿命产生影响。

碳纤维复合材料摩擦系数

碳纤维复合材料摩擦系数1. 简介碳纤维复合材料是一种由碳纤维与树脂等基体材料组成的复合材料。

它具有轻量化、高强度、高刚度和耐热性等优点，在航空航天、汽车制造、体育器材等领域得到广泛应用。

摩擦系数是评价材料摩擦性能的重要指标之一，对于设计和使用碳纤维复合材料的零部件至关重要。

2. 摩擦系数的定义摩擦系数是指两个物体相互接触并相对运动时所产生的摩擦力与法向压力之比。

在碳纤维复合材料中，摩擦系数可以描述其表面与其他物体接触时的滑动阻力大小。

3. 影响因素3.1 表面处理碳纤维复合材料的表面处理对其摩擦性能有着重要影响。

常见的表面处理方法包括机械打磨、化学处理和涂层等。

这些处理方法能够改变表面粗糙度、化学性质和润湿性，从而影响摩擦系数。

3.2 温度温度是影响碳纤维复合材料摩擦系数的重要因素之一。

随着温度升高，树脂基体可能软化或熔化，导致摩擦系数的变化。

此外，碳纤维本身也会受到温度的影响，在高温下可能发生氧化或热分解。

3.3 湿度湿度是另一个影响碳纤维复合材料摩擦系数的因素。

湿度变化会导致材料吸湿膨胀或脱水收缩，从而改变材料表面的形貌和化学性质，进而影响摩擦系数。

3.4 材料组成碳纤维复合材料的组成也会对其摩擦系数产生影响。

不同类型的树脂基体和碳纤维具有不同的物理和化学性质，因此其摩擦行为也会有所差异。

4. 测量方法测量碳纤维复合材料摩擦系数常用的方法包括摩擦试验和表面分析。

4.1 摩擦试验常用的摩擦试验方法有滑动摩擦试验、旋转摩擦试验和滚动摩擦试验等。

这些试验方法可以通过施加不同的载荷和速度条件，模拟实际工况下的摩擦行为，从而得到材料的摩擦系数。

4.2 表面分析表面分析可以通过扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等仪器对材料表面进行观察和分析。

通过观察表面形貌、成分分布以及化学反应等信息，可以进一步了解材料的摩擦性能。

5. 应用与展望碳纤维复合材料的低摩擦系数使其在运动部件、摩擦制动系统、密封件等领域得到广泛应用。

复合材料的改性技术与性能提升

复合材料的改性技术与性能提升在当今科技迅速发展的时代，复合材料因其独特的性能优势，在众多领域得到了广泛的应用。

从航空航天到汽车制造，从电子设备到医疗器械，复合材料的身影无处不在。

然而，要充分发挥复合材料的潜力，满足日益苛刻的应用需求，改性技术的研究和应用就显得至关重要。

复合材料通常由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的材料组成，通过特定的工艺结合在一起，以获得优于单一材料的综合性能。

常见的复合材料包括纤维增强复合材料（如碳纤维增强环氧树脂）、颗粒增强复合材料（如碳化硅颗粒增强铝基合金）等。

这些复合材料虽然已经具有较好的性能，但在实际应用中，仍可能存在一些不足之处，例如强度不够高、韧性不足、耐腐蚀性差、加工性能不理想等。

为了解决这些问题，科研人员不断探索和创新，开发出了一系列的改性技术。

一种常见的改性技术是纤维表面处理。

在纤维增强复合材料中，纤维与基体之间的界面结合强度对复合材料的整体性能有着重要影响。

通过对纤维表面进行处理，如氧化、涂层等，可以改善纤维与基体之间的相容性和结合力，从而提高复合材料的力学性能。

例如，对碳纤维进行表面氧化处理，可以增加其表面的活性官能团，提高与环氧树脂基体的化学键合作用，使复合材料的拉伸强度和弯曲强度显著提高。

另一种重要的改性技术是添加纳米粒子。

纳米粒子具有巨大的比表面积和独特的物理化学性质，将其添加到复合材料中，可以显著改善材料的性能。

例如，在聚合物基复合材料中添加纳米二氧化硅，可以提高材料的强度、硬度和耐磨性；在金属基复合材料中添加纳米碳管，可以增强材料的导电性和导热性。

然而，纳米粒子在复合材料中的分散均匀性是一个关键问题。

如果纳米粒子团聚，不仅不能发挥其改性作用，反而可能会导致材料性能下降。

因此，在实际应用中，需要采用合适的分散方法和工艺，如超声分散、机械搅拌等，以确保纳米粒子在基体中均匀分布。

聚合物共混也是一种常用的改性方法。

通过将两种或两种以上的聚合物共混，可以综合各聚合物的优点，获得性能更优异的复合材料。

碳碳复合材料表面改性

surface backscatter micrograph of the inner SiC layer (b) and outer Hf0.2Ta0.8B2－x–SiC coating (c);
(e) backscatter micrograph of the cross-section of the coated C/C composites.

Hu等为了实现碳/ 碳复合材料在中低温长期抗氧化，在复合材料表面
制备了SiC/B4C–B2O3–SiO2–Al2O3涂层。该涂层是一个双层结构，致密的SiC内层和B4C–B2O3–SiO2–Al2O3多相外层。对Al2O3含量和氧化
温度对涂层C / C复合材料的抗氧化性能的影响进行了研究。结果表

等离子喷涂法：将粉末原料送入高温等离子火焰，呈
熔融或半熔融状态喷向基体，以较快的冷却速度凝固在基体上，粒子呈扁饼状互相机械咬合在一起，形成涂层。

优点：工件尺寸限制小、在大气环境内可以制备较致密
涂层、沉积效率高、成本低，涂层比较均匀，厚度可以控制，已广泛被应用于高温热障涂层领域。

缺点：涂层气孔率较高，涂层与基体的界面结合较弱，在高温下热循环时容易剥落或开裂。

包埋法

化学气相沉积法
等离子喷涂法
溶胶凝胶法
料浆法

包埋法：将C /C 复合材料包埋于待沉积物质或其化合
物中，通过高温下待沉积物质熔解向基体内部渗透或基体发生化学反应制备涂层的方法。

优点: 过程简单，一般只是一个单一的过程; 涂层制备前
后基体材料尺寸变化很小; 涂层和基体间能形成一定的成分梯度，涂层与基体的结合较好。

碳纤维表面处理与改性

碳纤维表面处理与改性碳纤维很少单独使用，主要用作复合材料的增强体，其力学性能优势通过复合材料发挥出来。

但复合材料的性能不仅取决于碳纤维本身，更取决于碳纤维与基体之间的界面。

良好的界面结合才能将载荷有效传递给碳纤维，从而充分发挥碳纤维的高强度、高模量特性。

反之，如果碳纤维与基体之间的界面性能较差，应力无法在界面有效传递，则碳纤维的力学性能优势难以发挥出来，将导致复合材料的性能下降。

碳纤维经过高温炭化处理后，大部分非碳元素被脱除，纤维表面呈现较高的惰性，导致在制造复合材料时基体对碳纤维的浸润性变差。

通过对碳纤维进行表面改性，可以改善其表面活性以及与基体的浸润性，增强纤维与基体之间的相互作用，从而有利于复合材料力学性能的提高。

因此，表面处理工艺是碳纤维制备过程中的重要环节之一。

碳纤维的表面改性处理方法有很多，如气相氧化法（包括空气氧化、臭氧氧化）、等离子体处理、液相氧化法（包括酸液氧化、阳极氧化)、表面涂层法、表面接枝法等。

每种处理方法都有自己的优缺点，如气相氧化法流程短，碳纤维经过气相氧化处理后可直接上浆，不需要配套水洗和干燥设备，但是其氧化程度不易控制。

而阳极氧化法具有氧化程度易于控制、氧化过程缓和、氧化效果显著等特点，但该方法需要配套水洗和干燥设备，流程较长。

阳极氧化法的最大优点是处理时间短，能够满足连续生产的要求，因而成为目前国内外碳纤维生产线在线配套的主要方法。

此外，近几年表面涂层法和表面接枝法也发展迅速，特别是基于纳米材料和高分子材料的碳纤维表面改性方法研究较多，在实验室取得了良好的效果，有望成为新一代在线配套的表面处理方法。

1、阳极氧化法阳极氧化法通常是在电解质溶液中以碳纤维为阳极、石墨板为阴极对碳纤维表面进行电化学处理。

电解质溶液种类较多,主要可以分为酸性、碱性及中性三种。

酸性电解质主要为无机含氧酸,如硫酸、硝酸、磷酸、硼酸等;碱性电解质有氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化钙、氢氧化镁磷酸钾、磷酸钠等;中性电解质主要有硝酸钾、硝酸钠以及碳酸氢铵、碳酸铵、磷酸铵等铵盐类电解质。

碳纤维如何增强复合材料的力学性能

碳纤维如何增强复合材料的⼒学性能2019-08-20摘要：碳纤维增强热塑性树脂基复合材料的应⽤范围进⼀步扩⼤，不难看出，这种材料因其较好的综合性能远远超越了单⼀组合的材料模式。

本⽂试图对碳纤维增强热塑性树脂基复合材料的⼒学性能进⾏深⼊的研究。

本⽂使⽤了简单概述，也采⽤了重点分析的研究策略，梳理了对研究对象的概述和主要的性能特点。

关键词：碳纤维；复合材料；⼒学性能本⽂以碳纤维增强热塑性树脂基复合材料为研究对象，对相关的概念和内容进⾏了梳理和总结。

其中概括了碳纤维的性质性能，对复合材料的概念进⾏了阐述，最后对碳纤维增强热塑性树脂基复合材料的⼒学性能作了详尽的分析说明。

1.关于碳纤维增强热塑性树脂基复合材料的概述⑴复合材料的概念：⾯对传统、单⼀组分的材料已经难以满⾜现在应⽤需要的现实状况，开发研制新材料，是解决这个问题的根本途径。

运⽤对材料改性的⽅法，来改善材料的性能是可取的。

⽽材料改性的⽅法中，复合是最为常见的⼀种。

国际标准化组织对于复合材料的概念有明确的界定：复合材料是指由两种或两种以上不同化学性质和物理性质的物质组成的混合固体材料。

它的突出之处在于此复合材料的特定性能优于任⼀单独组分的性能。

⑵复合材料的分类简介：复合材料的有⼏种分类，这⾥不作⼀⼀介绍。

只介绍两种与本论⽂相关的类别划分。

如果以基体材料分类，复合材料有⾦属基复合材料；陶瓷基复合材料；碳基复合材料；⾼分⼦基复合材料。

本⽂讨论的是最后⼀种⾼分⼦基复合材料，它是以有机化合物包括热塑性树脂、热固性树脂、橡胶为基体制备的复合材料。

第⼆，如果按增强纤维的类别划分，就存在有机纤维复合材料、⽆机纤维复合材料、其他纤维复合材料。

其中本⽂讨论的对象属于⽆机纤维复合材料这⼀类别，因为碳纤维就是⽆机纤维复合材料的其中⼀种。

特别值得注意的是，当两种或两种以上的纤维同时增强⼀个基体，制备成的复合材料叫做混杂纤维复合材料。

实质上是两种或两种以上的单⼀纤维材料的互相复合，就成了复合材料的“复合材料”。

碳纤维表面处理及其复合材料性能研究

2020年01月碳纤维表面处理及其复合材料性能研究张安花（厦门新凯复材科技有限公司，福建厦门361021）摘要：碳纤维具有耐高温、导电、导热、耐腐蚀等性能，可制作成各种复合材料产品，应用于不同领域中。

为提升航空复合材料强度，研究使用浓硝酸、浓硝酸超声处理碳纤维表面，经处理会影响碳纤维表面的微结构、表面化学组成，达到增强复合材料性能效果。

关键词：碳纤维；表面处理；复合材料性能碳纤维主要和树脂等材料复合，具有增强作用，可制造出更先进的复合材料。

但因类石墨结构其表面存在一定化学惰性，很难浸润树脂及化学反应，表面难与树脂结合，进而影响复合材料强度。

故需改变碳纤维表面性质，以增加碳纤维表面的极性官能团及表面活化，进而更容易浸润和发生化学反应，使复合材料界面更紧密连接而增加强度。

通常采用偶联剂涂层法、氧化法、等离子等处理方法.在航空领域因耐燃效果需求高使用酚醛树脂，而市面上的碳纤维较少有偶联剂涂层适用酚醛树脂，本文研究液相氧化法与超声协同处理碳纤维表面，达到增加酚醛树脂碳纤维复合材料强度。

1实验方法1.1碳纤维表面处理方法（1）碳纤维表面的上浆剂脱除选用PAN 基碳纤维，型号为Toray T700，使用乙醇/丙酮进行回流处理，其体积比为1:1，处理时间为48h ，将碳纤维表面的上浆剂(即偶合剂)脱除（2）脱浆后碳纤维再进行表面处理处理方法有两种:第一，在浓硝酸中浸泡，温度为60℃，处理时间为2h ；第二，浓硝酸超声处理2h ，浓度为65%，250E II 型超声波，功率和频率分别为250W 和40kHz 。

所有处理工作的结束后，去离子水清洗碳纤维，使其为中性，再在真空中烘干，温度为80℃，直到碳纤维恒重量为止。

1.2复合材料制备采用碳纤维与PF475酚醛树脂制成复合材料预浸布，酚醛树脂与异丙醇制成固成份70%的树脂，使用缠绕法进行制作预浸材，制成纤维含量FAW 100g/m 2，树脂含量RC%37%，用55度将溶剂烘烤至VC%1%以下的预浸材，再将预浸材进行积层堆叠成试片，采用成型温度160度，时间50min 进行加压固化，制成2mm 厚度复材试片。

碳纤维表面和复合材料界面表征及理论知识

碳纤维表面和复合材料界面表征及理论知识以下是张博在碳纤维研习社交流的讲解：大家好很开心再次和大家交流。

今天主要想和大家交流下复合材料界面这方面的知识或许会比较枯燥希望砖头来得温柔些哈哈。

复合材料是基体与增强材料符合而成的，它克服了单一材料的局限性：如陶瓷的脆性、高分子材料的弹性模量低，显示出比单一材料有较多的优越性但是这种优越性只有在两种或多种材料复合后，相界面具有良好的界面粘结强度，各种材料结合成一个整体的情况下，才能显示出来。

碳纤维以及有机纤维，与树脂基体的性能都有较大的差异，尤其是碳纤维作为无机类增强材料，一般来说极性与基体树脂相差大，表面化学组成也与基体树脂不同，二者存在着一定的差距，因此它们的相容性不好。

由此可见，对增强材料表面进行处理改性是很有意义的，而且十分必要。

关于纤维表面改性，之前已经有老师讲过了，在此不再赘述。

有一点是可以肯定的，表面改性对复合材料性能的影响是很大的，这主要是由于表面改性直接关系到界面的粘结强度所致。

不同粘结强度的界面，其界面层的结构和性能是不同的。

复合材料中增强体与基体接触构成的界面，是一层具有一定厚度（纳米以上）、结构随基体和增强体而异的、与基体有明显差别的新相——界面相（界面层），它是增强相与基体连接的纽带，也是应力及其他信息传递的桥梁。

因此界面是复合材料组成的重要组成部分，它的组成、性质、结合方式以及界面结合强度的大小直接对复合材料的力学性能以及破坏行为有着重大的影响，所以对复合材料的界面进行研究有着十分重要的意义。

纤维与树脂的界面相结构是表面反应的产物，是纤维固态表面与液态树脂接触界面上各种相互作用力平衡结果，是一个依赖时间的过程。

复合材料的成型工艺对界面相结构有着重要的影响，不同的升温速率、停留温度和停留时间等，都会对材料的最终性能产生影响，自然也会对界面有着或大或小的影响。

所以，复合材料工程师可以利用工艺条件和工艺窗口，适当地调节和改变界面相结构。

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ＬｉＺｈａｎｇｙｉＨｕＹｉｑｉａｎｇＣｈｅｎＪｉａｙｕｎｄｉｎＸｉｎ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＥａｓｔＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３７，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｕａｑｉａｎｇＲｅｓｉｎＣｏ．，Ｌｔｄ，ＨａｉｙａｎＺｈｅｊｉａｎｇ３１４３００，Ｃｈｉｎａ）
不同方法表面改性碳纤维对复合摩擦材料性能的影响
李张义胡以强陈加云金
（１．华东理工大学机械与动力工程学院
鑫
浙江海盐３１４３００）
上海２００２３７；２．华强树脂有限公司
摘要：采用气相、液相以及气液相相结合的方法对碳纤维进行表面处理，对碳纤维的表面形貌进行观察；制备碳纤维增强硼改性树脂基摩擦材料，研究碳纤维表面处理方法对复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：不同碳纤维表面处理方法均增大了碳纤维的表面粗糙度，有利于碳纤维与基体的紧密结合；对碳纤维进行４５０ ℃ 、５ｈ气相处理然后随炉冷却的表面处理效果最好，该方法改性得到的碳纤维可以代替铜纤维来增强复合摩擦材料。关键词：表面处理；碳纤维；摩擦磨损性能
中图分类号：ＴＨ１１７．１文献标识码：Ａ文章编号：０２５４— ０１５０（２０１３）４— ０６８— ４
ＴｈｅＩｎｌｕｅｆｎｃｅｏｎＣｏｍｐｏｓｉｔｅＦｒｉｃｔｉｏｎＭａｔｅｒｉａｌＰｂｅｒｗｉｔｈＤｉｆｆｌｅｒｅｎｔＳｕｒｆａｃｅＭｏｄｉｉｃｆａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｓ
２０１３年４月
润滑与密封
ＬＵＢＲＩＣＡＴ１０ＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ａｐｒ．２０１３
第３８卷第４期
Ｖｏ１．３８Ｎｏ．４
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５４— ０１５０．２０１３．０４．０１５
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃａｒｂｏｎｉｂｆｅｒｗａｓｍｏｄｉｉｅｆｄｂｙｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆｇａｓｐｈａｓｅ，ｌｉｑｕｉｄｐｈａｓｅａｎｄｔｈｅｃｏｍｂｉｎｉｎｇ
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