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微波辐照对碳纤维界面性能的影响,王奔,段玉岗,微波辐照作为一种快速、高效、无需化学试剂的工业化处理手段,被用来对T300碳纤维表面预处理,以改善其与树脂之间的界面性能。为�
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微波辐照对碳纤维界面性能的影响
#
王奔
1
,段玉岗
1
,张静静
1
,赵新明
2**
基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金(20120201110031)
作者简介:王奔(1988-),男,博士生,主要研究方向:纤维增强树脂基复合材料成型工艺
通信联系人:段玉岗(1971-),男,教授,主要研究方向:纤维增强树脂基复合材料成型工艺. E-mail:
ygduan@xjtu.edu.cn
(1. 西安交通大学机械制造系统国家重点实验室,西安 710054;
2. 装甲兵技术学院机械工程系,长春 130117) 5
摘要:微波辐照作为一种快速、高效、无需化学试剂的工业化处理手段,被用来对 T300 碳
纤维表面预处理,以改善其与树脂之间的界面性能。为了研究微波辐照的机制,辐照碳纤维
被划分为微波辐照区域以及纯电流区域。结果表明,除了微波效应本身以外,由微波辐照产
生的极化电流对碳纤维的形貌、成分与结构造成影响。短时间微波辐照可以提升纤维与树脂10
之间的粘附功以及界面剪切强度,这表明微波辐照可以作为一种有效的碳纤维预处理手段。
关键词:碳纤维/环氧复合材料;层间剪切强度;表面研究;表面处理
中图分类号:TB332
Microwave Radiation Effects on Carbon Fibres Interfacial 15
Performance
WANG Ben
1
, DUAN Yugang
1
, ZHANG Jingjing
1
, ZHAO Xinming
2
(1. Mechanical Engineering, State Key Laboratory for Manufacturing Systems,Xi'an 710054;
2. Department of Mechanical Engneering of Armored Institute of Technology,Changchun 130117)
Abstract: In this paper, microwave radiation, a fast and cost-effective industrial surface 20
pretreatment method without chemicals, was employed to pretreat T300 carbon fibres and improve
the carbon fibres /matrix interfacial properties. The microwave pretreatment mechanism on carbon
fibres was studied in an experiment divided microwave treated carbon fibres into a microwave
radiation section and a pure current section. The polarization current in the carbon fibre induced
by microwave radiation helped microwave effects interact on the morphology, compositions, and 25
structure of carbon fibres. Carbon fibres pretreated with short time microwave radiation had an
increased thermodynamic work of adhesion and the interfacial shear strength, indicating
microwave radiation pretreatment of carbon fibre promises to be an effective method of fiber
treatment.
Key words: Carbon fiber/Epoxy composite; IFSS; Surface analysis; E. Surface treatments 30
0 引言
碳纤维作为一种具有较高的比强度、比模量、耐疲劳强度以及耐烧蚀性能的增强材料,
广泛应用于军用和民用领域
[1,2]
。但是,碳纤维的类石墨结构使其表面呈化学惰性, 不易被
树脂浸润和发生化学反应,导致其与基体树脂的粘结性能差
[2, 3]
, 不利于制备性能优异的复
合材料
[3,4]
。对碳纤维表面进行改性可分为表面化学改性和物理改性,其中化学改性可以改35
善纤维表面的活性官能团,但是方法复杂,并且由于特定的官能团只能适用于特定的树脂,
普适性较差
[5,6]
.。相比较而言,物理改性可以有效地改善碳纤维表面粗糙度,增加其与树脂
之间的接触面积,并且速度较快,普适性好。目前的物理改性方法包括化学气体
[7]
/液体
[8]
,
等离子
[9]
、超声
[10]
以及电化学法
[3]
,这些方法虽然都能对碳纤维表面进行物理改性,但是
存在着处理时间长、需要化学试剂、能耗高等因素的制约。 40
微波是一种高频电磁波,其频率范围为 100 MHz 到 300 GHz,由于其引起的热效应与
非热效应,因而微波可以被应用在一些领域当中。热效应是介电材料由于自身的介电损耗可
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