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第2期 张复盛等:碳纤维表面的电聚合改性研究 量都有所提高。这是电聚涂层的抛锚”效应,填补了碳丝表面的孔洞、沟槽等缺陷的结果。 表2电聚合对碳丝力学性能的影响 单体体系 断裂载荷/N拉伸强度/GPa断裂伸长率/%拉伸模量CPa 0.0728 AA,+2.1V,45S 0.0920 L.17 GA,=1.7,30S L.18 GA/MA=1/3.8,-2.0V,30S0.0870 2.40 DAA,-2.6V,45S 09 注:本表所列数据均为进口石墨纤维AS-48 3.2电聚涂层对复合材料性能的影响 表3和表4,分别是连续化电聚合处理对碳纤维复合材料层板的层剪强度和冲击强度的影 响。所列数据均为上海碳素厂3K碳纤维的测试结果。 表3连续法电聚合对复合材料层剪强度的影响 单体体系 聚合时间/sT/MI C%破坏形式 % 空白 剪 剪 DAA(-3.5V) 剪 表4连续法电聚合对复合材料冲击强度的影响 单体体系 聚合时间/s冲击强度/kJm2SCv% GA/MA=l/3.8(-4.5V 2.152.2冲断24.0 0.7 我们实验中使用的两种单体GA和MA在水中有相同的溶解度。它们各自均聚物的玻璃 化温度为10.0℃和8.6℃。它们在碳纤维表面 f CH2" cHa:t CH2 thty 经电引发聚合,在碳纤维表面生成具有如下结 构的,具有柔韧性的无规共聚物。该电聚涂层的 韧性,使得它能吸收冲击能,并且阻止裂纹扩 展,导致复合材料的冲击强度大大提高。电聚涂 CH3 层的极性,提高了碳纤维对环氧树脂基体的浸 CH-CH2 润性。共聚物侧链上的环氧基和环氧树脂交联 在一起,在碳纤维表面和树脂基体之间,形成了 个强有力的界面层,使得复合材料的层剪强度明显改善 图4和图5分别是复合材料的层剪试样和冲击试样的断口形貌。从照片上明显可见,纤维和 基体之间具有良好的粘附效果,这也说明了复合材料的层剪和冲击强度同时得到提高,是由于 电聚涂层的粘附作用和增韧作用的结果 o1994-2013ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://we量都有所提高。这是电聚涂层的“抛锚”效应, 填补了碳丝表面的孔洞、沟槽等缺陷的结果。 表2 电聚合对碳丝力学性能的影响 单 体 体 系 断裂载荷/ N 拉伸强度/ GPa 断裂伸长率/ % 拉伸模量/GPa 原 丝 0. 0728 2. 02 1. 10 183 AA, + 2. 1V, 45 S 0. 0920 2. 54 1. 17 217 GA, - 1. 79V , 30 S 0. 0916 2. 54 1. 18 215 GA /M A= 1/ 3. 8, - 2. 0V, 30 S 0. 0870 2. 40 1. 21 199 DAA, - 2. 6V , 45 S 0. 0860 2. 38 1. 41 209 注: 本表所列数据均为进口石墨纤维 AS- 4测试结果。 3. 2 电聚涂层对复合材料性能的影响 表3和表4, 分别是连续化电聚合处理对碳纤维复合材料层板的层剪强度和冲击强度的影 响。所列数据均为上海碳素厂3K 碳纤维的测试结果。 CH2 CH x CH2 C = O O CH2 CH O CH2 CHy C = O O CH3 表3 连续法电聚合对复合材料层剪强度的影响 单 体 体 系 聚合时间/ s - s/M Pa S Cv% 破坏形式 提高/ % 空 白 / 73. 76 2. 9 3. 9 剪 GA/ MA= 1/ 3. 8( - 4. 5V) 10 87. 39 1. 3 1. 6 剪 18. 5 DAA( - 3. 5V) 10 80. 81 1. 8 2. 2 剪 9. 6 表4 连续法电聚合对复合材料冲击强度的影响 单 体 体 系 聚合时间/ s 冲击强度/k Jm- 2 S C v% 破坏形式 提高/ % 空 白 78. 6 0. 14 0. 2 冲 断 GA/ MA= 1/ 3. 8( - 4. 5V) 10 97. 8 2. 15 2. 2 冲 断 24. 0 DAA( - 3. 5V) 10 80. 7 0. 40 0. 5 冲 断 2. 7 我们实验中使用的两种单体 GA 和 M A 在水中有相同的溶解度。它们各自均聚物的玻璃 化温度为10. 0℃和8. 6℃。它们在碳纤维表面, 经电引发聚合, 在碳纤维表面生成具有如下结 构的, 具有柔韧性的无规共聚物。该电聚涂层的 韧性, 使得它能吸收冲击能, 并且阻止裂纹扩 展, 导致复合材料的冲击强度大大提高。电聚涂 层的极性, 提高了碳纤维对环氧树脂基体的浸 润性。共聚物侧链上的环氧基和环氧树脂交联 在一起, 在碳纤维表面和树脂基体之间, 形成了 一个强有力的界面层, 使得复合材料的层剪强度明显改善。 图4和图5分别是复合材料的层剪试样和冲击试样的断口形貌。从照片上明显可见, 纤维和 基体之间具有良好的粘附效果, 这也说明了复合材料的层剪和冲击强度同时得到提高, 是由于 电聚涂层的粘附作用和增韧作用的结果。 第 2 期 张复盛等: 碳纤维表面的电聚合改性研究 15