碳纖維(CF)是目前最重要的高性能纖維,它的比強(qiáng)度比鋼和鋁合金高3倍以上,比模量高5倍,同時(shí)具有耐疲勞、耐腐蝕、耐熱沖擊、耐燒蝕、減震、導(dǎo)電、傳熱等優(yōu)點(diǎn),加之研究、開(kāi)發(fā)和使用的時(shí)間都已經(jīng)比較長(zhǎng),工藝相對(duì)成熟,因此在復(fù)合材料領(lǐng)域應(yīng)用得最為廣泛。但是碳纖維的表面呈惰性,不易被樹(shù)脂浸潤(rùn),也不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而使纖維與樹(shù)脂基體間粘接較差,復(fù)合后材料的界面性能受到影響,表現(xiàn)為復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度較低,限制了其在各種高技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此必須對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理以提高其表面活性,改善纖維與基體間的界面性能,進(jìn)而提高復(fù)合材料的宏觀力學(xué)性能。
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為了改善碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的界面性能,近年來(lái)采用了多種方法對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理H],其中之一是對(duì)其進(jìn)行表面氧化處理。碳纖維氧化處理主要包括:氣相氧化法、液相氧化法和等離子體氧化法門(mén)。氧化改性后復(fù)合材料界面性能的提高主要?dú)w因于如下兩個(gè)因素:碳纖維表面極性官能團(tuán)的增多和碳纖維表面粗糙度的增大。
對(duì)碳纖維表面進(jìn)行氧化改性已經(jīng)50多年,并取得了一定的成果,但是對(duì)氧化改性后復(fù)合材料界面性能提高的機(jī)理的研究仍處在初級(jí)階段。雖然人們已經(jīng)知道改性后復(fù)合材料界面性能提高的兩個(gè)主要影響因素,但是纖維氧化改性后,這兩個(gè)因素往往共同出現(xiàn)并對(duì)復(fù)合材料的界面性能的改善同時(shí)起作用,這兩個(gè)因素之間的關(guān)系,以及是否存在對(duì)復(fù)合材料界面性能的提高起主要作用的因素,目前尚沒(méi)有被弄清,這就需要對(duì)這兩個(gè)影響因素進(jìn)行分別研究。
針對(duì)粗糙度對(duì)復(fù)合材料界面性能的影響,J.Brand-stetter等人通過(guò)拉出試驗(yàn)研究了纖維表面粗糙度對(duì)C/C復(fù)合材料界面性能的影響,并研究了粗糙度與纖維和炭材料之間摩擦系數(shù)的關(guān)系。RamananVenkatesh研究了粗糙度對(duì)纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料界面性能的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著粗糙度的增大,纖維從復(fù)合材料中的脫黏率降低,復(fù)合材料的韌性降低.Shi和C.Kumar通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬的方法研究了纖維表面粗糙度對(duì)纖維增強(qiáng)陶瓷材料界面性能的影響,發(fā)現(xiàn)粗糙纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料比光滑纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料界面粘結(jié)性要好[11]。雖然許多學(xué)者已經(jīng)認(rèn)識(shí)到粗糙度對(duì)復(fù)合材料界面性能有顯著的影響,并且從實(shí)驗(yàn)與模擬兩方面對(duì)其進(jìn)行了研究,但是這些研究都是針對(duì)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料,針對(duì)粗糙度對(duì)纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料界面性能的影響方面的研究很少。
針對(duì)粗糙度對(duì)復(fù)合材料界面性能的影響,J.Brand-stetter等人通過(guò)拉出試驗(yàn)研究了纖維表面粗糙度對(duì)C/C復(fù)合材料界面性能的影響,并研究了粗糙度與纖維和炭材料之間摩擦系數(shù)的關(guān)系。RamananVenkatesh研究了粗糙度對(duì)纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料界面性能的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著粗糙度的增大,纖維從復(fù)合材料中的脫黏率降低,復(fù)合材料的韌性降低.Shi和C.Kumar通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬的方法研究了纖維表面粗糙度對(duì)纖維增強(qiáng)陶瓷材料界面性能的影響,發(fā)現(xiàn)粗糙纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料比光滑纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料界面粘結(jié)性要好[11]。雖然許多學(xué)者已經(jīng)認(rèn)識(shí)到粗糙度對(duì)復(fù)合材料界面性能有顯著的影響,并且從實(shí)驗(yàn)與模擬兩方面對(duì)其進(jìn)行了研究,但是這些研究都是針對(duì)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料,針對(duì)粗糙度對(duì)纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料界面性能的影響方面的研究很少。
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