碳纤维布表面处理对酚醛树脂复合材料力学性能的影响

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PBO纤维表面特性对酚醛复合材料拉伸性能的影响

PBO纤维表面特性对酚醛复合材料拉伸性能的影响
林晓凤;王雪明;崔郁;杨刚;刘茜
【期刊名称】《高科技纤维与应用》
【年(卷),期】2024(49)1
【摘要】复合材料良好的界面结合可使增强纤维发挥最大的承载作用,良好的纤维表面性能有助于纤维性能转化率的提高,从而有利于其力学性能。

为研究国产聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维表面特性对酚醛基复合材料拉伸性能的影响,采用扫描电子显微镜、原子力显微镜和接触角测量仪分析了三种国产高模型PBO纤维的表面特性,并计算其纤维强度转化率。

研究发现,PBO纤维的表面粗糙度和沟槽等对复合材料的界面性能及纤维强度转化率具有显著影响。

结果表明:三种国产PBO纤维表面均有明显的黏附物和纤维向沟槽,表面杂质少、沟槽较多,表面粗糙度最大、表面自由能最高的PBO-A纤维强度转化率最高,PBO纤维的强度转化率(40%~50%)远低于碳纤维的强度转化率(70%~90%),其与树脂的工艺匹配性有待进一步提高。

【总页数】5页(P34-38)
【作者】林晓凤;王雪明;崔郁;杨刚;刘茜
【作者单位】中航复合材料有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ342.7
【相关文献】
1.表面处理对碳纤维润湿性及连续纤维增强PEEK复合材料拉伸性能的影响
2.PBO 纤维复合材料的拉伸性能研究
3.碳纤维布表面处理对酚醛树脂复合材料力学性能的影响
4.酚醛树脂/PBO纤维单向复合材料的制备及性能
5.PBO纤维表面处理对EP/PBO复合材料性能的影响
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STF改性碳纤维布对其环氧树脂基复合材料力学性能的影响的开题报告

STF改性碳纤维布对其环氧树脂基复合材料力学性能的影响的开题报告一、研究背景碳纤维复合材料具有在同等重量和尺寸下比传统金属材料更高的强度和刚度。

然而，其力学性能的进一步提升仍然是在不断追求的目标。

碳纤维布通常作为复合材料的增强材料，其力学性能的提升可以直接影响复合材料的整体力学性能。

STF（Shear Thickening Fluid）改性碳纤维布是一种新型的复合材料增强材料，在其结构中添加了一种粘度随着剪切变厚的液体，可以在短时间内实现复合材料的强化，并且其制备过程也相对简单。

因此，研究STF改性碳纤维布对其环氧树脂基复合材料力学性能的影响具有重要意义。

二、研究内容本研究旨在探究STF改性碳纤维布对其环氧树脂基复合材料力学性能的影响，并研究STF在不同比例下的最佳加入量。

具体研究内容包括以下三个方面：1. 制备STF改性碳纤维布：选取不同剪切速率下的STF，并将其添加到碳纤维布中，通过对不同STF比例的碳纤维布进行力学性能测试，确定最佳STF添加量。

2. 制备环氧树脂基复合材料：将STF改性碳纤维布与环氧树脂树脂进行预浸渍，在特定温度和压力下热压成型，并进行复合材料的力学性能测试。

3. 力学性能测试：通过拉伸和压缩试验，测试STF改性碳纤维布对其环氧树脂基复合材料强度、刚度和韧性等力学性能的影响。

三、研究意义1. 探究STF改性碳纤维布对其环氧树脂基复合材料力学性能的影响，为优化复合材料的力学性能提供新的途径。

2. 研究STF在不同比例下的最佳加入量，为制备具有优异性能的STF改性碳纤维布提供参考。

3. 拓展STF应用领域，为其在复合材料领域的应用提供技术支持。

碳纤维增强木质素基酚醛树脂复合材料的制备及其性能

ZG-50T型压片机，东莞市正工机电设备科技有限公司；UV-2700型紫外光谱仪，日本岛津公司；Nicolet iS50型傅里叶变换红外光谱仪，美国赛默飞世尔科技公司；Instron 3367型电子万能试验机，美国英斯特朗公司；VHX-7000型数码显微系统，日本基恩士公司。 1.3 试样制备 1.3.1 EHL的碱催化酚化
木质素溶液冷却至70 ℃，逐滴加入甲醛溶液，搅拌1 h后，升至90 ℃继续搅拌反应1 h，得到甲阶 LPF水溶液，在鼓风烘箱中升至150 ℃固化1 h，得到LPF。固定酚醛摩尔比为1.0∶1.5，分别制备了木质素替代率（即EHL质量与EHL和苯酚总质量之比）为10%，20%，30%，40%的LPF，同时制备PF为对照样。 1.3.3 LPFCF复合材料的制备
1 实验部分 1.1 主要原料
酶解木质素（EHL），龙力生物科技股份有限公司。苯酚，分析纯，西陇科学股份有限公司。氢氧化钠，分析纯；甲醛水溶液，纯度38%（w）；浓硫酸，纯度98%（w）：广试试剂科技有限公司。N,N二甲基甲酰胺，分析纯，天津百世化工有限公司。 3k碳纤维布（平纹），杰创碳纤维制品有限公司。去离子水，实验室自制。 1.2 主要设备与仪器
分子质量高，同时复杂的三维结构导致反应活性
收稿日期： 2023-08-26；修回日期： 2023-10-26。作者简介：周彭，男，1997年生，硕士，2023年毕业于五邑大学纺织科学与工程专业，主要从事生物质高分子材料的资源化与回收利用工作。E-mail：1912874805@。基金项目：江门市基础与理论科学研究类科技计划项目（2020JC01025）。 * 通信联系人。E-mail：wangchg007@。
表1 EHL酚化处理的工艺条件

碳纤维表面结构对复合材料吸湿性能的影响

碳纤维表面结构对复合材料吸湿性能的影响钱鑫;支建海;王雪飞;张永刚;杨建行【摘要】通过改变阳极氧化处理程度得到了具有不同表面结构的碳纤维,然后将其与环氧树脂加工成碳纤维/树脂基复合材料,研究了碳纤维的化学结构与湿热环境下复合材料吸湿之间的关系.结果显示:阳极氧化处理后碳纤维表面的活性显著提高,碳纤维表面含氧官能团的含量大幅增加,尤其是-OH由处理前18.62％提高到处理后的34.84％.随着湿热处理条件的改变,复合材料的吸湿机理也有所差异,且温度是影响复合材料吸湿的重要因素.碳纤维表面活性越高,复合材料达到吸湿平衡时的平衡吸湿量越大,而平衡吸湿量的增加又会导致复合材料层间剪切强度(ILSS)下降幅度增大.%Carbon fibers with different surface structures were obtained through changing the treatment intensities in the process of electrochemical oxidation, and then oxidized carbon fibers were used as reinforcements to manufacture carbon fiber/epoxy composites. The relationship between fiber surface structure and the moisture absorption of carbon fiber/epoxy composites after hygrothermal aging treatment was studied. Results show that a significant increase happen to the surface activity of carbon fiber after electrochemical oxidation, and there is also a large extent of elevation in the relative content of oxygen-containing functional groups especially -OH group which increases from 18.62% to 34.84%. The moisture absorption mechanism of carbon fiber/epoxy composites varies with the change of hygrothermal aging conditions. Temperature is considered to be a leading factor in the moisture absorption process. Results also indicate that the higher the surface activity of carbon fiber, the greater compositematerials get the equilibrium moisture content. There is an obvious decline in the ILSS values of carbon fiber/epoxy composites with the increase of moisture uptake content.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2013(028)002【总页数】6页(P189-194)【关键词】碳纤维;复合材料;表面结构;湿热性能【作者】钱鑫;支建海;王雪飞;张永刚;杨建行【作者单位】中国科学院宁波材料技术与工程研究所,碳纤维制备技术国家工程实验室,宁波315201;中国科学院宁波材料技术与工程研究所,碳纤维制备技术国家工程实验室,宁波315201;中国科学院宁波材料技术与工程研究所,碳纤维制备技术国家工程实验室,宁波315201;中国科学院宁波材料技术与工程研究所,碳纤维制备技术国家工程实验室,宁波315201;中国科学院宁波材料技术与工程研究所,碳纤维制备技术国家工程实验室,宁波315201【正文语种】中文【中图分类】TB332碳纤维增强树脂基复合材料具有质量轻、高比强度、耐腐蚀及可控的各向异性等优点[1-2],符合航空航天、汽车工业及体育用品等零部件轻质化的发展趋势,因此在上述领域得到了广泛应用[3]。

表面处理对碳纤维及其复合材料性能的影响

表面处理对碳纤维及其复合材料性能的影响摘要：碳纤维表面活性官能团较少，难以与极性聚合物相容。

通过碳纤维的表面处理，可以接枝官能团和短支链、长链结构和聚合物等，可以改变碳纤维的比表面积和表面极性，提高其与基体的相容性，并扩展碳纤维的适用范围。

关键词：表面处理；碳纤维；复合材料；性能影响前言碳纤维作为最受关注的高性能纤维之一，其表面改性一直受到人们的广泛关注。

国外尤其是日本、美国等发达国家对于碳纤维的制备、改性已有较深入的研究，并取得了一系列成果。

目前，国内外对于碳纤维表面接枝法的研究较多，且普遍围绕如何提高碳纤维与基体复合材料的界面粘结力展开。

碳纤维与基体复合材料的界面粘结机理十分复杂，目前虽已有一些实验和理论对此进行了说明，但相关研究者尚未达成统一认识，仍需进行大量深入的研究。

利用化学接枝法可以有效增加碳纤维的表面粗糙度，提高碳纤维与基体间的粘结力，保证碳纤维材料高强性能的有效发挥。

1氧化法氧化法根据氧化介质不同分为液相氧化、气相氧化、电化学氧化等。

液相或气相氧化是将碳纤维置于具有氧化性的液体或气体中处理的方法。

采用HNO3氧化处理碳纤维，并将处理结果与其他研究人员的结果做对比，发现不同研究人员的研究结果差异较大。

他们认为硝酸氧化处理，可以消除碳纤维制备过程中表面存留的碎片但是表面刻蚀效果并不明显。

王影[4]将碳纤维置于臭氧气氛中进行处理，结果发现臭氧处理后，碳纤维表面发生一定程度的刻蚀，致使碳纤维表面变粗糙，但是表面的氧元素含量、含氧极性官能团的相对含量都有所增加。

臭氧处理后的碳纤维表面仍为类石墨结构，但表面石墨化程度下降，表面被活化。

2高能辐射处理法高能辐射处理是利用高能射线发出的微粒子或者等离子体轰击纤维的表面，在纤维表面与树脂基体间产生化学键合作用，提高树脂基体对碳纤维的润湿性。

采用电晕放电的方式产生低温等离子体。

通过该途径产生的低温等离子体包括大量活性离子，这些粒子能与碳纤维表面发生相互作用，清洁纤维表面，使碳纤维表面变粗糙，同时产生微观球状结构；根据放电气体的不同，在纤维表面引入不同的化学基团；改变纤维表面的接触角和表面能。

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。

磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料的性能

抗冲击性能
汽车在行驶过程中会受到冲击力的作用，磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料具有较好的抗冲击性能，能够提高材料的耐久性。
建筑领域的应用
01
结构加固
磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料可以用于建筑结构的加固，提高结构
的承载能力和抗震性能。
02
防腐保护
建筑结构中的钢结构、混凝土结构等易受到腐蚀介质的影响，磨碎碳纤
01
02
03
复合材料的定义
由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法组成，具有新性能的材料。
复合材料的优点
具有各组成材料的优点，如强度高、质量轻、耐腐蚀等。
复合材料的应用
广泛应用于航空航天、汽车、建筑、体育器材等领域。
碳纤维增强环氧树脂复合材料简介
碳纤维的特性
01
具有高强度、高模量、低密度、耐腐蚀、导电性好等优点。
导热性能与隔热性能
导热性能
磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料具有较好的导热性能，能够有效地传递热量。
隔热性能
该材料具有较好的隔热性能，能够有效地阻挡热量的传递。
耐候性与耐腐蚀性
耐候性
磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料具有较好的耐候性，能够在恶劣的环境条件下保持较好的性能。
耐腐蚀性
该材料具有较好的耐腐蚀性，能够抵抗化学物质的侵蚀。
环氧树脂的特性
02
具有优良的力学性能、电绝缘性能、耐腐蚀性能等。
碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备方法
03
将碳纤维与环氧树脂混合，经过固化反应形成。
磨碎碳纤维增强环氧树脂复合材料的研究意义
提高材料的力学性能
通过磨碎碳纤维可以增加材料的比表面积，提高材料的力学性能。

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（长春工业大学化学工程学院，长春１０１３０２）
摘要：以碳纤维布（Ｂ）增强相，Ｃ为丁苯橡胶为增韧剂，酚醛树脂（Ｆ）Ｐ为基体，过模压成型工艺制得了Ｐ／Ｂ通ＦＣ
复合材料，究了Ｃ研Ｂ表面处理方式、丁苯橡胶含量及加工成型温度对Ｐ／Ｂ复合材料的界面结合及力学性能的影ＦＣ响。结果表明，丙酮处理Ｃ氧化处理ＣＢ、Ｂ及加工成型温度的提高都能改善纤维与基体的结合程度，高界面结合力提但氧化处理ＣＢ随着加工成型温度的提高，易断裂，对复合材料的增强作用有所减弱。丁苯橡胶加入量为１％时Ｐ２Ｆ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｃａｂｎｆｅｌｔ（ｒｏｂｒｃｏｈＣＢ）ｅｎｏｃｄｐｅｏｉｅｉ（Ｆ）ｏｏｉｓｗｅｅｐｅａｅｒｕｈｃｍｐｅｓｏｌｉｇｉｒｉｆｒｅｈｎｌｒｓｎＰｃｍｐｓｔｒｒｐｒｄｔｏｇｏｒｓｉｎｍｏｄｎｃｅｈ
近年来，纤维（Ｆ）强酚醛树脂（Ｆ）复碳Ｃ增Ｐ基合材料广泛应用于医疗体育器材、航空航天等领域。ＣＦ作为增强相时，分为短切Ｃ、Ｃ可Ｆ长Ｆ和ＣＦ织物增强。李密丹等４分别利用短切Ｃ、Ｆ单丝ＦＣ增强ＰＦ树脂，有关Ｃ而Ｆ织物增强ＰＦ的研究报道
ｐｏｅｓｎｎａｔｒｐｒｅｆＦ／Ｃｃｍｐｓｔｓｔｅｂｓ．ｒｃｓｉｇａｄｉｍｐｃｏｅｔｓｏｐｉＰＢｏｏｉｗａｅｔｅｈ
Ｋｅｗｏｄ：ａｂｎｆｅｌｔ；ｈｎｌｓｎ；ｕｆｃｅｔｎｃｍｐｓｔｓ；ｃａｉａｒｐｒｉｓｙｒｓｃｒｏｂｒｃｏｈｐｅｏｉｒｉｓｒａｅｔａｍｅｔ；ｏｏｉｉｃｅｒｅｍｅｈｎｃｌｏｅｅｐｔ
的加工及冲击性能为最佳。
关键词：纤维布；碳酚醛树脂；面处理；表复合材料；学性能力中图分类号：Ｑ３７３Ｔ２．文献标识码：Ａ文章编号：０１３３（０２０．０６０１０．５９２１）４０７．４
ＥｆｅｔｆＳｕｆｃｅｍｅｆＣａｂｂｅｏｈｏｅｈａｃｌＰｒｐｅｔｅｆｃｓｏｒａｅＴｒａｔｎｔｏｒｏｎＦｉｒＣｌｔｎＭｃｎｉａｏｒｉｓｏｆＰｈｅｏｉｓｎＣｏｐｉｅｎｌｃＲｅｉｍｏｓｔｓ
ＴｉｎｎｎａＬｉａ．ＣｕａｉｉＳｈｎｚ
（ｐｒｎｆｈｍｉｌｎｉｅｒｇＣａｇｈｎＵｉｅｓｙｏＴｃｎｌｇ，ｈｎｃｕ１０１．ｈｎ）ＤｅａｔｔＣｅｃｇｅｉ，ｈｎｃｕｎｖｒｉｆｅｈｏｏｙＣａｇｈｎ３０２ＣｉａｍｅｏａＥｎｎｔ
ｐｏｅｓｗｉｓｒｉｆｒｅｎ，ｓｒｎｕａｉｎｂｅｓｔｕｈｎｎｇｎ，Ｆａｔｉ．ｈｅｕｔｓｏｄｔａｈａｂｎｒｃｓｔＣＢａｅｎｏｃｍｅｔｔｅｅｂｔｄｅｅｒｂｒａｏｇｅｉｇａｅｔＰｓｍａｒｘＴｅｒｓｌｈｗｅｈｔｔｅｃｒｏｈｙｕｓｉｅｌｔｆｂｒｃｏｈｉｍｍｅｓｄｗｉｃｔｎｎｘｄｚｄｂｈｏｃｎｒｔｄｓｌｒｃａｉｒｅｔａｅｏｅａｄｏｉｉｅｙｔｅｃｎｅｔａｅｕｆｉｃｄ，ａｄｒｉｅｏｅｐｏｅｓｇｍｏｄｎｅｅａｕｅｈｕｎａｓｆｈｒｃｓｉｌｉｇｔｍｐｒｔｒｔｎ
ｏｉｉｅａｉｒｋｎｄ，ａｄｗｅｋｎｄｔｅｉｈｎｅｎｒｃｍｐｓｔ．ｈｎｔｅａｕｔｆｓｒｎｕａｉｎｂｅｓ１％，ｈｘｄｚｄｅｓｌｂｏｅｅｙｎａｅｅａｃｍｅｔｏｏｉＷｅｍｏｎｙｅｅｂｔｄｅｅｒｂｒｗａｈｎｕｆｅｈｏｔｕ２ｔｅ
ｃｕｄｉｒｖｅｂｎｉｇａｄｍｅｈｎｃｌｒｐｒｅｆＦ／ＣＢｃｍｐｓｔｓＢｕｔｅｉｒｖｍｅｔｆｏｄｎｍｐｒｔｒ，ｏｌｍｐｏｅｔｏｄｎｎｃａｉａｏｅｔｓｈｐｉｏＰｏｏｉ．ｔｈｔｅｗｉｈｍｐｏｅｎｌｉｇｔｏｍｅｅａｕｅＣＢ７６第４０卷，４期第
０２１
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应
用
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Ａｐ．２２ｒ０１
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碳纤维布表面处理对酚醛树脂复合材料力学陛能的影响素
田琳娜，崔善子