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工学硕士学位论文 PAN 基碳纤维表面电化学 改性研究 李国学 哈尔滨工业大学 2007 年 6 月 国内图书分类号:TB 323 国际图书分类号:620 工学硕士学位论文 PAN 基碳纤维表面电化学 改性研究 硕士研究生: 李国学 导师: 宋申华教授 副 导 师: 曹海琳副教授 申请 学位: 工学硕士学科、专业: 材料科学与工程所在单位: 深圳研究生院答辩日期: 2007 年6 月授予学位单位: 哈尔滨工业大学 Classified Index: TB 323 : 620 Dissertation for the Master Degree of Engineering STUDY ON THE ELECTROCHEMICAL MODIFICATION OF PAN-BASED CARBON FIBERS Candidate: Li Guoxue Supervisor: Prof. Song Shenhua Associate Supervisor: Associate Prof. Cao Hailin Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Material Science and Engineering Affiliation: Shenzhen Graduate School Date of Defence: June, 2007 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要碳纤维复合材料作为先进复合材料之一, 在航天航空领域得到广泛的应用。其材料优异性能的发挥不仅取决于增强体和基体树脂的性能,而且与两相间界面性能密切相关。碳纤维晶界间呈平行的石墨微晶的乱层结构, 导致碳纤维表面化学惰性和憎液性,结果是碳纤维与基体材料的结合力不够大, 因此在复合材料方面的应用受到一定程度的限制。 本课题研究的目的在于通过对碳纤维电化学改性机理及其复合材料界面增效机制的研究,实现对纤维表面性能的优化控制,为制备高性能碳纤维复合材料提供理论依据。本文采用酸(H 2 SO 4 ) 、碱(NaOH) 、盐(Na 2 SO 4 ) 不同种类的电解液对碳纤维进行阳极氧化改性处理,通过循环伏安扫描分析,研究在不同的电解质溶液中纤维表面电化学特性的差异, 描述改性处理过程中纤维表面发生的电化学反应的本质。采用 XPS 分析技术对碳纤维表面的化学组成进行了表征。通过分析不同电解液中改性处理后纤维表面化学组成, 确定了碳纤维表面电化学改性处理的氧化机制。通过 SEM 和 AFM 技术分析了电化学改性处理对碳纤维表面形貌的影响,确定了碳纤维表面电化学改性的刻蚀机制。研究了碳纤维表面改性对其复合材料界面性能的影响。首先对改性处理前后纤维浸润性能进行了分析,从纤维浸润角、表面能阐明了改性处理有利于纤维浸润性的改善。结合处理前后束丝拉伸强度的变化,阐明了电化学改性对碳纤维本体性能的改变。对复合材料层间剪切强度进行了分析,发现不同电解质处理后效果不同,在盐(Na 2 SO 4 ) 中处理后的效果明显好于在酸(H 2 SO 4 ) 和碱(NaOH) 中处理。且电流密度在 150mA/g 时,复合材料层间剪切强度提高的最明显。通过 SEM 技术对其破坏断口进行分析,结合前面对碳纤维电化学改性机制的研究,最终阐明了碳纤维复合材料界面增效的机理。关键词碳纤维;电化学改性; 界面性能;复合材料 I 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 Abstract Carbon posite materials as one of the adva posite, it has been widely used in aerospace fi elds. The material excellent properties depend not only on the fibers and matr ix resin properties, but also on the interface adhensiv e prpperties. Because Car bon fiber grain boundary is parallel between the graphi te layers of chaos microc rystalline st ructure, its surface is chemistry inert and rabietic. The result is that carbon fibers and