稀土溶液处理可有效提升CF/PI复合材料的力学性能
发表时间:2024-05-20 12:37:32 作者:超级管理员 阅读数:189提升碳纤维复合材料性能的方式有很多,其中碳纤维表面处理是较为常用的一种。碳纤维自身惰性较强,表面处理后的碳纤维界面会保留较多的官能团,在与基体材料键合时提供更好的粘连效果,形成的复合材料的力学性能会有一定的提升。空气氧化是目前常用的一种处理方法,普遍应用于碳纤维与热固性树脂的制备中。智上新材料将结合专业论文,介绍另一种可应用于热塑性碳纤维复合材料制备的处理方法,即稀土溶液处理法(RES),稀土溶液处理后的碳纤维与聚酰亚胺(PI)树脂融合,形成的热塑性CF/PI复合材料在力学性能方面有更为出色的表现。
稀土溶液处理后,CF/PI复合材料力学性能提升明显
1、拉伸性能:对比不同重量百分比下稀土溶液处理后的CF/PI试样,拉伸强度分别为114.5MPa(0.1wt%)、118.5MPa(0.2wt%)、123.5MPa(0.3wt%)、120MPa(0.4wt%)和117.5MPa(0.5wt%);拉伸模量分别为3.02GPa(0.1wt%)、3.13GPa(0.2wt%)、3.27GPa(0.3wt%)、3.16GPa(0.4wt%)和3.07GPa(0.5wt%)。在0.3wt%重量百分比下,拉伸强度和模量提升达到峰值。
对比0.3wt%重量百分比下,未处理、空气氧化处理和稀土溶液处理后的CF/PI试样的拉伸强度和模量数据,其中拉伸强度分别是103MPa、113Pa和123Pa,拉伸模量分别是2.75GPa、2.85GPa和3.25GPa,稀土溶液处理后的CF/PI试样的拉伸性能提升更为明显。
用电镜扫描未处理、空气氧化处理和稀土溶液处理后的CF/PI试样截面,其中未处理的试样表面(图a)较为光滑,纤维和树脂之间存在较大的间隙,粘黏性较差;空气氧化处理后的试样表面(图b)稍显粗糙,碳纤维和树脂之间依然存在不小的间隙,而且碳纤维有明显的倾斜,这是因为空气氧化处理后增加了表面官能团和粗糙度,提升了粘黏性,但同时对碳纤维造成了一定的损伤,总体来说拉伸强度和模量有一定的提升;稀土溶液处理后的试样表面(图c)表面也比较光滑,碳纤维没有从基体中拉出,被基体包裹得较为紧实,整体粘黏性更好,能够传递更大的应力载荷,因此拉伸强度和模量有了更大的提升。
2、抗弯性能:在载荷力9N和滑动频率4Hz的环境下,测试未处理、空气氧化处理和稀土溶液处理后的CF/PI试样的弯曲强度和模量数据,其中弯曲强度分别为150MPa、170MPa和178MPa,弯曲模量分别为5.67GPa、5.75GPa和5.79GPa,稀土溶液处理后的CF/PI试样的拉伸性能提升较为明显。
稀土溶液处理对于CF/PI复合材料力学性能的提升是较为明显的,但该处理方式不一定适用于所有的热塑性碳纤维复合材料。智上新材料认为,想要打开热塑性碳纤维这扇门,批量制备出性能更好的热塑性碳纤维复合材料(如CF/PEEK、CF/PPS等),并将之成熟的应用于各行各业,不仅需要更多的技术和资金的投入,而且需要更多企业和组织的参与,同样还需要国家政策的大力倾斜,这是一个需要长久接力、共同努力才能完成的事业。