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短切碳纖維表面改性及其增強(qiáng)聚四氟乙烯復(fù)合材料性能的研究

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2015-07-15  來(lái)源:復(fù)材應(yīng)用技術(shù)網(wǎng)  瀏覽次數(shù):114

       采用偶聯(lián)劑對(duì)短切炭纖維表面改性,然后和聚四氟乙烯(PTFE)粉料混合,冷壓成型,燒結(jié)固化等手續(xù)制備了短切炭纖維增強(qiáng)PTFE復(fù)合材料。研究了不同類型偶聯(lián)劑,其最佳用量和表面改性的工藝條件。結(jié)果表明,復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐化學(xué)腐蝕性能均優(yōu)于同類材料。

       炭纖維自六十年代開(kāi)發(fā)成功以來(lái),由于其優(yōu)異的力學(xué)性能和不可代替的某些特性而得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,它被廣泛應(yīng)用于要求輕質(zhì)、高彈性模量,高強(qiáng)度和耐腐蝕的特殊領(lǐng)域。炭纖維一般不單獨(dú)使用,而是和樹脂及其它基體材料制成復(fù)合材料。在樹脂基復(fù)合材料中采用環(huán)氧樹脂為基體時(shí),可有效地提高其比剛度;采用酚醛樹脂和聚酰亞胺為基體時(shí),則主要是考慮其耐熱穩(wěn)定性和耐燒蝕性;最近幾年又相繼對(duì)聚酰胺,聚碳酸脂等基體的復(fù)合材料進(jìn)行了研究。聚四氟乙烯(PTEF)樹脂以耐腐蝕、耐磨、耐熱、電絕緣性和自潤(rùn)滑性等箸稱,若用短切炭纖維增強(qiáng)制成復(fù)合材料,密度僅為鋼材的四分之一,而強(qiáng)度、彈性模量、摩擦系數(shù)、耐化學(xué)腐蝕性等均遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于鋼材,也優(yōu)于其它復(fù)合材料。然而,這方面近幾年來(lái)開(kāi)發(fā)研究甚少,究其原因主要是找不到一種適宜的成型方法,另外所得材料的力學(xué)性能也不很高。

       近期研究表明,短切炭纖維在增強(qiáng)聚四氟乙烯時(shí),由于炭纖維表面過(guò)于光滑,且其彈性模量越高,其表面越光滑,以致復(fù)合材料的某些力學(xué)性能得不到提高,嚴(yán)重影響該類材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。為此,國(guó)內(nèi)外學(xué)者曾采用氧化法如臭氧化處理、硝酸處理、空氣氧化處理和陽(yáng)極氧化處理來(lái)改善炭纖維表面的粗糙度,同時(shí)炭纖維在氧化的過(guò)程中在其表面還能生成某些活性基團(tuán),以提高結(jié)合力;另外也有采用晶須化法,即在1 100℃~1700℃的高溫下使炭纖維表面生長(zhǎng)出一些單晶的晶須,以增大纖維和基體間的接觸面積,從而改善樹脂和纖維之間的結(jié)合力。但是由于這類方法成本較高,目前炭纖維的表面處理多以空氣氧化法和陽(yáng)極氧化法為主,但表面改性效果不很明顯。

      針對(duì)上述問(wèn)題,本文系統(tǒng)地研究了用偶聯(lián)劑使短切炭纖維表面改性的有關(guān)工藝過(guò)程。通過(guò)界面相理論和單分子層分布理論的研究,有效地提高短切炭纖維表面與聚四氟乙烯基體間的結(jié)合力。實(shí)驗(yàn)表明:短切炭纖維經(jīng)偶聯(lián)劑表面改性后,可適當(dāng)提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐化學(xué)腐蝕性,從而有可能擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。

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