炭纖維表面處理及結構與性能的研究.pdf

1、炭纖維的力學、熱學、化學和電學等綜合性能優(yōu)異，是一種很有發(fā)展前景的高性能增強材料。炭纖維增強炭基復合材料和陶瓷基復合材料被廣泛應用于航空、航天、交通運輸、能源、環(huán)保等高新技術領域。未經過表面處理的炭纖維表面能低，表面呈現憎水性，缺乏有化學活性的官能團，限制了炭纖維復合材料高性能的發(fā)揮。本文采用液相氧化、電化學氧化、化學鍍鎳和化學氣相生長納米炭纖維等方法對炭纖維表面進行改性處理，改變其表面結構和形貌，增大比表面積，改善炭纖維的力學性能，提

2、高抗氧化性能，以期進一步改善炭纖維復合材料的性能。主要結論如下： 1、隨著硝酸氧化時間的延長，HTA炭纖維的比表面積先有明顯的增加，在氧化5min時，達到最大值14.11 m2/g，而后減小。TX-3炭纖維的比表面積剛開始略有減少，而后明顯的增加，在氧化10min時，達到最大值6.613 m2/g，最后又減小。平均孔徑的變化趨勢剛好與比表面積的趨勢相反，HTA炭纖維在20min達到最大值9.683nm；TX-3炭纖維在15min

3、達到最大值13.44nm。 2、經過雙氧水氧化后，YX-3炭纖維的拉伸強度最大下降9％左右，HTA炭纖維的拉伸強度最大提高13％左右，兩種纖維的彈性模量都會降低。隨著硝酸氧化時間的延長，TX-3的拉伸強度會先下降，后增加，在氧化10min達到最大，為2.68Gpa，提高了4.8％，最后趨于穩(wěn)定值。HTA炭纖維的拉伸強度先增加，再減小，然后又有所增加，在20min達到最大，為3.29GPa，提高了11.5％，最后同樣趨于穩(wěn)定值。

4、 3、分別對HTA炭纖維和TX-3炭纖維進行電化學改性表面處理，通過正交試驗發(fā)現，HTA炭纖維最佳參數組合為：電解質濃度15％，電流強度20mA，氧化時間60s，此時拉伸強度為3.41GPa，提高了15.6％，彈性模量為189 GPa，下降了9.1％。TX-3炭纖維最佳參數組合為：電解質濃度15％，電流強度30mA，氧化時間40s，此時拉伸強度為2.70GPa，提高了5.5％，彈性模量為189 GPa，提高了4.4％。 4

5、、用化學鍍鎳的方法，可以在炭纖維的表面鍍上一層連續(xù)均勻致密化的鎳磷合金薄層，鍍層呈玉米顆粒狀生長和擴展。化學鍍鎳提高了纖維的實際拉伸強度，但纖維的彈性模量減小。高溫氧化時，Ni-P合金和氧化生成的新相NiO和Ni3(PO4)2在炭纖維表面形成一層保護膜，可減緩炭纖維氧化的速度，提高炭纖維的抗氧化性能。 5、采用電鍍的方法在炭纖維表面沉積納米Ni單質顆粒作為化學氣相沉積原位生長納米炭纖維的催化劑。沉積溫度在化學氣相沉積生長納米炭纖