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1、60CF/納米SiO2改性樹(shù)脂復(fù)合材料界面性能研究2012年3月CF/納米SiO2改性樹(shù)脂復(fù)合材料界面性能研究1211耿立艷，張辰威，劉文博，鞠春華(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱150001;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)研究所，哈爾濱150080)摘要:本文以納米SiO2改性樹(shù)脂作為樹(shù)脂基體，以連續(xù)碳纖維作為增強(qiáng)體制備復(fù)合材料，研究了納米SiO2摻入樹(shù)脂中百分含量對(duì)樹(shù)脂基體與增強(qiáng)體之間的界面性能的影響。通過(guò)對(duì)樹(shù)脂基體與增
2、強(qiáng)體纖維浸潤(rùn)性、微脫粘、層間剪切強(qiáng)度和掃描電子顯微鏡，對(duì)復(fù)合材料界面性能測(cè)試和表征。結(jié)果表明，隨著納米SiO2含量的增加，常溫下，基體樹(shù)脂和增強(qiáng)體纖維浸潤(rùn)性能下降，單絲纖維與樹(shù)脂微球的界面剪切強(qiáng)度和復(fù)合材料單向板層間剪切強(qiáng)度在某一含量范圍均有所提高。關(guān)鍵詞:界面;納米SiO2;復(fù)合材料;樹(shù)脂中圖分類號(hào):TB332;TQ322文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003－0999(2012)02－0060－04復(fù)合材料是由基體、增強(qiáng)體和基體與增強(qiáng)體之氧樹(shù)脂碳纖維復(fù)合材料的界面，得出納米改性樹(shù)脂間的界面組成的，界面是作為基體和增強(qiáng)體的過(guò)渡基體及納米在
3、基體中的含量對(duì)復(fù)合材料界面性能的部分，起到了承載和傳遞載荷的作用，是復(fù)合材料的影響，為制備高性能納米改性樹(shù)脂基復(fù)合材料做重要組成部分。良好的界面結(jié)合強(qiáng)度對(duì)復(fù)合材料力鋪墊。［1，2］學(xué)性能具有決定性的作用。已經(jīng)形成的界面理1實(shí)驗(yàn)部分論有化學(xué)鍵理論、浸潤(rùn)吸附理論、擴(kuò)散理論、電子靜(1)原材料電理論、弱邊界層理論、機(jī)械嚙合理論、變形層理論本實(shí)驗(yàn)室自研制的多元樹(shù)脂體系;納米SiO2(大［3～5］［6～10］等。對(duì)復(fù)合材料界面的研究很多，較為成連路明納米科技有限公司);丙酮，工業(yè)純(天津化熟的界面研究方法有界面的粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試、界面的學(xué)試劑一廠)
4、;碳纖維T700，K12(日本東麗公司)。結(jié)構(gòu)分析和界面形貌表征，測(cè)試手段有潤(rùn)濕性能測(cè)(2)實(shí)驗(yàn)用主要設(shè)備試、微脫粘測(cè)試、單纖維拔出法、單纖維頂出法、臨界MODELHM410型復(fù)合材料界面性能評(píng)價(jià)裝置長(zhǎng)度測(cè)量法、X射線光電子能譜(SPX)、掃描電鏡(日本東榮產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社);DCT21動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)量(SEM)和透射電鏡(TEM)等。目前對(duì)復(fù)合材料界儀(德國(guó));CSS-88100電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(長(zhǎng)春拉伸試面的優(yōu)化主要是對(duì)增強(qiáng)體碳纖維表面改性。偶聯(lián)劑驗(yàn)機(jī)研究所);KQ-200VDV超聲波清洗器(昆山市超對(duì)碳纖維表面涂覆是依據(jù)化學(xué)鍵理論對(duì)復(fù)合
5、材料界聲儀器有限公司);250真空烘箱(上海富斯特真空面優(yōu)化發(fā)展起來(lái)的方法，碳纖維表面接枝使碳纖維泵有限公司)。表面粗糙度加強(qiáng)是依據(jù)機(jī)械嚙合理論。(3)納米SiO2改性樹(shù)脂體系的制備由于納米顆粒有很大的表面積與體積比，使得將納米SiO2加入到含有硅烷偶聯(lián)劑的丙酮溶納米填料比普通的填料具有更優(yōu)異的填料效果。目劑中，將定量的納米SiO2和溶劑一起加入多元環(huán)氧［11～14］前對(duì)于納米復(fù)合材料的研究主要有①納米顆樹(shù)脂體系中，溶劑的含量為14%，采用超聲分散的粒在樹(shù)脂中均勻性分散技術(shù);②納米顆粒尺寸對(duì)復(fù)方法將納米SiO均勻分散于樹(shù)脂基體中［15
6、］。2合材料性能影響;③不同納米顆粒對(duì)復(fù)合材料功能(4)樹(shù)脂與碳纖維的潤(rùn)濕實(shí)驗(yàn)化的影響。關(guān)于納米改性樹(shù)脂基體與纖維制備復(fù)合將碳纖維放入100℃的烘箱中烘干，剪成50mm材料的界面研究很少。本文研究納米SiO2改性環(huán)長(zhǎng)的小段，任意抽取4根單絲粘接固定在夾具上，4收稿日期:2011-05-23本文作者還有王榮國(guó)。基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(863)作者簡(jiǎn)介:耿立艷(1986-)，女，碩士，主要從事聚合物基復(fù)合材料樹(shù)脂改性研究。FRP/CM2012.No.22012年第2期玻璃鋼/復(fù)合材料61
7、根纖維單絲必須互相平行且垂直于夾具，以保證每根纖維均垂直進(jìn)入液體膠液，相鄰碳纖維單絲之間的距離為10mm。切去碳纖維多余部分，使其露出的長(zhǎng)度盡量相等，大約為8mm左右。測(cè)量上限為0.08mg，單絲插入液面深度為5mm，表面浸潤(rùn)速度為0.1mg/s，前進(jìn)和后退浸潤(rùn)速度均為0.008mm/s。(5)微脫粘實(shí)驗(yàn)將配置好的樹(shù)脂膠液固化在單絲碳纖維上，在單絲纖維上形成50～150μm包埋長(zhǎng)度的小樹(shù)脂球，實(shí)驗(yàn)在120倍顯微鏡下選用適當(dāng)包埋長(zhǎng)度的樹(shù)脂圖1單絲樹(shù)脂微滴復(fù)合材料界面剪切強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果球，以0
8、.1mm/min的速度均勻自動(dòng)加載，得到界面Fig.1IFSStestingresultsofsinglefiberdropletcomposite脫粘載荷，進(jìn)而得到樹(shù)脂和纖維的界面強(qiáng)度。(6)層間剪切測(cè)試由浸潤(rùn)實(shí)驗(yàn)可知
