超臨界二氧化碳改性碳纖維表面的研究.pdf

1、碳纖維有優異的力學性能,碳纖維/樹脂復合材料廣泛應用在高科技的各個領域。然而未經處理的碳纖維的表面是由石墨點陣和弱健微晶構成的,制備復合材料時容易引起與樹脂基體的弱界面結合,導致材料性能不高,所以對碳纖維的表面改性是必要的。超臨界二氧化碳(SCCO2)由于具有低粘度、高擴散性,高溶解度和高介電的特性,且它的化學惰性、無毒、和環境友好性等特性,近年來受到了高度關注?；诔R界二氧化碳的特殊性質,本文利用超臨界二氧化碳對PAN基碳纖維表面進

2、行了改性研究。通過原子力顯微鏡(AFM),掃描電鏡(SEM)考察了超臨界二氧化碳處理前后碳纖維表面狀態的變化。利用X光電子能譜(XPS)對超臨界二氧化碳處理前后碳纖維表面元素和官能團進行了分析。結果表明,處理溫度升高碳纖維表面O/C降低,由C1s譜峰分析處理前后碳元素的化學狀態可知,溫度升高碳纖維表面的含氧官能團降低。采用X射線衍射(XRD)研究了超臨界二氧化碳對碳纖維結構的影響,分析了碳纖維中石墨微晶隨著處理溫度增加的機制。結果表明,

3、隨著處理溫度的升高,碳纖維(002)晶系增加,并且石墨微晶厚度Lc和尺寸La增大,因而可知溫度升高碳纖維的石墨化程度降低。采用AFM觀察了超臨界二氧化碳對碳纖維表面處理,隨著溫度升高發現碳纖維表面溝槽變深并且碳纖維表面的粗糙度增加。此外單絲拉伸強度在處理后有所下,200℃處理時,強度下降4.4％。通過碳纖維/環氧樹脂的復合材料件層間剪切強度判斷,在200℃下,超臨界二氧化碳處理過的碳纖維與環氧樹脂的粘結性提高可達17.4%,經過超臨界二