發(fā)布時間：2019-11-21 05:01

【摘要】：隨著碳纖維(CFs)增強(qiáng)環(huán)氧樹脂(EP)基復(fù)合材料在航空航天、風(fēng)力發(fā)電、體育器材等眾多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,人們對復(fù)合材料的性能提出了更高的要求,所以對復(fù)合材料改性的研究顯得尤為重要。碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料是三相結(jié)構(gòu),包括增強(qiáng)體(碳纖維)、基體(環(huán)氧樹脂)和界面,所以復(fù)合材料的性能也是由碳纖維、樹脂基體和界面的性能共同決定的。由于碳納米管(CNTs)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于提高復(fù)合材料的性能。CNTs對復(fù)合材料的改性一般是基于基體改性或者界面改性,但目前關(guān)于界面改性和基體改性系統(tǒng)比較和研究的文獻(xiàn)報道還比較少。本課題選擇超聲共混和電泳沉積的方式分別將CNTs引入到單向碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料的樹脂基體中和碳纖維表面,系統(tǒng)的研究和比較了兩種改性復(fù)合材料的力學(xué)、熱、界面和抗疲勞性能,以及兩種改性方式中CNTs對復(fù)合材料性能的影響機(jī)制。我們創(chuàng)新地應(yīng)用掃描電鏡上的能譜分析功能(EDX)輔助單纖維破碎實(shí)驗表征界面剪切強(qiáng)度(IFSS),結(jié)果發(fā)現(xiàn)基體改性的復(fù)合材料(CF/EP-CNTs)和界面改性的復(fù)合材料(CF-CNTs/EP)的界面剪切強(qiáng)度分別提高了 10.14%和45.2%。此外,CF/EP-CNTs和CF-CNTs/EP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度分別提高了 10.41%和24.42%。經(jīng)過30,0000次拉-拉模式下的疲勞損傷后,CF-CNTs/EP的剩余拉伸強(qiáng)度保留率提高了 3.84%,且經(jīng)過相同次數(shù)的疲勞加載后,CF/EP-CNTs的剩余拉伸強(qiáng)度保留率提高了 1.21%。另外,經(jīng)過超聲C掃描檢測發(fā)現(xiàn)CF-CNTs/EP的內(nèi)部疲勞損傷情況明顯要比CF/EP-CNTs小。為了明確CNTs在基體改性和界面改性中對復(fù)合材料性能的影響機(jī)制,分別采用掃描電鏡的能譜分析功能(EDX)、力調(diào)制原子力顯微鏡(f-AFM)和透射電鏡(TEM)對復(fù)合材料的界面處元素分布、模量分布和界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在CF-CNTs/EP中,部分CNTs可以在復(fù)合材料成型和固化期間擴(kuò)散到碳纖維周圍的樹脂基體中,這可以使基體變得堅韌并形成了可以顯著降低應(yīng)力集中的梯度界面層。對于CF/EP-CNTs來說,與樹脂共混的CNTs僅僅是增韌了樹脂基體,并沒有形成梯度界面層。界面改性可以使復(fù)合材料擁有比基體改性更優(yōu)異的力學(xué)性能、界面性能和抗疲勞性能,更能滿足人們對碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料性能越來越高的需求。因此界面改性在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中比基體改性具有更大的優(yōu)勢。
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ327.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2563856