碳纖維織物增強(qiáng)聚醚醚酮基(CFF-PEEK)航空復(fù)合材料的制備及其界面改性.pdf

1、由于成型速度快、可回收、損傷容限高等優(yōu)勢(shì)，碳纖維織物（Carbon fiber fabrics, CFF）增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料近些年發(fā)展迅猛。聚醚醚酮（Polyetheretherketone, PEEK）由于具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕、抗疲勞及熱穩(wěn)定性，是一種有潛力的先進(jìn)熱塑性復(fù)合材料基體。但是，PEEK的熔融粘度大，對(duì)絲束密集的CFF浸漬比較困難，纖維與基體的相互作用較弱，仍是碳纖維織物增強(qiáng)聚醚醚酮基（CFF/PEEK）熱塑性復(fù)合

2、材料成型面臨的巨大難題，限制了其應(yīng)用。
　　本文采用熱壓法制備CFF/PEEK復(fù)合材料。采用示差掃描量熱法（differential scanning calorimetry, DSC）、熱失重分析（thermal gravity analysis, TGA）等測(cè)試手段對(duì)PEEK性能進(jìn)行表征，研究了熱壓溫度、壓力等工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合材料綜合力學(xué)性能的影響規(guī)律，最終確定的優(yōu)化工藝條件為：熱壓溫度395℃，熱壓壓力2.5MPa。在優(yōu)化工藝

3、條件下制備出的CFF/PEEK復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為714.29MPa，彎曲強(qiáng)度為955.84MPa，層間剪切強(qiáng)度為51.91MPa，沖擊強(qiáng)度為44.60kJ/m2。借助掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope, SEM）、金相顯微鏡等測(cè)試手段觀察復(fù)合材料的斷面，PEEK基體樹(shù)脂完全滲透到CFF單絲之間，樹(shù)脂和纖維分布均勻且孔隙率僅為1.25％。
　　通過(guò)碳纖維（Carbon fiber, CF）表面

4、處理，研究了CFF/PEEK復(fù)合材料界面改性方法。分別采用丙酮回流法和高溫法對(duì)商業(yè)級(jí)CF表面進(jìn)行去漿處理，最佳工藝條件為70℃丙酮回流處理10小時(shí)，盡管該條件下纖維單絲強(qiáng)度損失為5.75%。為了增強(qiáng)PEEK和CF的界面結(jié)合強(qiáng)度，采取濃HNO3和高溫處理相結(jié)合的辦法對(duì)去漿后的CF表面進(jìn)行活化處理；并分別用KH560和KH570硅烷偶聯(lián)劑、可溶性聚醚酰亞胺（Polyetherimide, PEI）溶液、可溶性聚酰亞胺（Polyimide,

5、PI）原漿、磺化聚醚醚酮（Sulfonated polyetheretherketone, SPEEK）溶液等對(duì)活化CF進(jìn)行表面修飾。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)采用SPEEK濃度為5g/L的二甲基甲酰胺（Dimethylformamide, DMF）溶液對(duì)活化CF進(jìn)行涂層處理時(shí)，復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度和儲(chǔ)能模量達(dá)到最高，復(fù)合材料基體-增強(qiáng)體界面獲得顯著改善。
　　本文采用熱處理來(lái)解決CFF/PEEK復(fù)合材料中制品曲翹、基體內(nèi)部結(jié)晶不均勻、存在