【導讀】本文采用濃硝酸處理的碳纖維增強不飽和聚酯。測量了CF/UPR復合材料的力學。面處理對復合材料力學性能的影響。并通過SEM分析了拉伸斷面纖維與基體材料的纖。維結構和斷裂情況。結果表明，拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度都隨著碳纖維處理時間的增長而增長。拉伸強度在少量碳纖維加入的時候略有降低，而后隨短纖維加入量的增加而增加。或多元酸縮合而成的，也可從同一分子內(nèi)含有羥基和羧基的物質(zhì)制得。體結構,形成不溶不熔的熱固性塑料?；湛s率大,因此工業(yè)生產(chǎn)往往選擇添加部分飽和二元酸替代不飽和二元酸。式中,R1代表二元醇,可選丙二醇、乙二醇、新戊二醇;R2代表不飽和二元酸,從分子式可以看出,在未發(fā)生固化之前,不飽和聚酯是線形分。從UPR成型工藝來說,不飽和聚酯樹脂可以采用手糊成型、模壓成型、注射成。型等工藝,特別是注射成型工藝的發(fā)展,促使了不飽和聚酯樹脂行業(yè)的快速發(fā)展。

　　

【正文】 由表可以看出，纖維表面主要含有碳和氧元素，氮元素并不明顯。經(jīng)硝酸處理后，纖維表面的氧含量遠遠高于處理前， 提高了近 5 倍。而碳含量從原來的 下太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 27 降到 ，這主要是由于硝酸的強氧化性造成的。 碳纖維經(jīng)硝酸處理后含氧官能團大大增加，如羧基（結合能 ）從原來的%提高到 %，其擬合峰明顯增強（圖中標記 3 的官能團）。這些極性較強的官能團在很大程度上改善了碳纖維表面與基體的結合性能。此外羥基（圖中標記 ! 的官能團）的減少是由于有一部分該官能團被氧化為羧基之故。 由此可見，濃硝酸處理可顯著提高碳纖維與基體材料的化學 結合能力 ，碳纖維表面官能團的數(shù)量增加。在相同浸潤性和化學鍵的基礎上，表 面積的增加能提高界面粘結性能，同時這些縱向分布的溝槽還加強了纖維和基體間的機械互鎖作用。在相同表面積的情況下引進具有極性或反應性的官能團以及形成和樹脂起作用的中間層都能提高纖維與基體的結合能力。硝酸處理后的碳纖維既增加了碳纖維與基體的接觸面積又增加了極性較強的官能團，此兩點是硝酸處理后界面作用力增強的主要原因。 碳纖維用量對復合材料性能的影響 表 Table the material properties and fiber dosage 纖維質(zhì)量分數(shù)（ %） 0 3 5 7 10 拉伸強度(MPa) 1~2mm碳纖 2~3mm碳纖 拉伸模量(MPa) 1~2mm碳纖 2~3mm碳纖 太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 28 0 2 4 6 8 102829303132333435363738拉伸強度（MPa）纖維質(zhì) 量分數(shù)（ % ）2 ~3m m 碳纖1 ~2m m 碳纖 圖 拉伸強度與纖維質(zhì)量分數(shù) Figure tensile strength and fiber quality score 0 2 4 6 8 10740760780800820840860拉伸彈性模量（MPa）纖維質(zhì) 量分數(shù)（ % ）2 ~3m m 碳纖1 ~2m m 碳纖 圖 伸彈性模量與纖維質(zhì)量分數(shù) Figure tensile elastic modulus and fiber quality score 太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 29 試驗結果，拉伸強度隨著碳纖維含量的增加分別在 3%以前出現(xiàn)略微降低的現(xiàn)象，在碳纖維質(zhì)量分數(shù)為 3%時的 1~２ mm 長度的 CF/UPR 的拉伸強度為 ,比不加碳纖維的強度降低 %。 2~3mm 的 CF/UPR 在質(zhì)量分數(shù)為 3%時拉伸強度為，比不加碳纖維的降低 %。這主要是：一碳纖維的橫向強度很差，在碳纖維加入量少的時候，在基體樹脂中碳纖維縱 向提高的拉伸強度不足以補償橫向碳纖維對樹脂強度的減弱，二是少量的碳纖維加入，在樹脂基體中形成了一定的缺陷，強度有所下降。而隨著含量的繼續(xù)增加，纖維承受了主要應力使拉伸強度開始增加，但是在纖維質(zhì)量分數(shù)達到 10%時強度下降，碳纖維密度較小，在相同質(zhì)量下，體積較大，當填充量大于 10%(質(zhì)量分數(shù) )時已經(jīng)由于黏度大出現(xiàn)很多氣泡，致使拉伸強度下降。所以碳纖維的含量會由于黏度的過高而受到限制，不適合澆鑄成型。同樣質(zhì)量分數(shù)的碳纖維，碳纖維長度越短，黏度越小，即碳纖維長度越小所能加進的碳纖維含量（質(zhì)量分數(shù)）越多。隨著基體內(nèi)纖 維數(shù)量的增加，纖維承受了主要應力，在纖維增強樹脂復合材料中，基體樹脂通過界面將應力傳遞給高強度纖維，從而提高了復合材料的力學性能樹脂主要起傳遞應力的作用，所以復合材料的模量提升幅度增大。 碳纖維取向與力學性能的關系 表 纖維長度與拉伸、沖擊性能 Table fiber length and stretching, impact performance 沖擊強度 拉伸強度 1~2mm長 CF 6~7mm長 CF 太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 30 1 ~ 2 m m 碳纖維 6 ~ 7 m m 碳纖維0501001502002503003503 3 . 53 1 . 43 2 2 . 03 3 8 . 4強度（MPa）沖擊強度拉伸強度 圖 纖維長度 Figure mechanical strength and fiber length 上圖為碳纖維質(zhì)量分數(shù)為 %的 CF/UPR，不含碳纖維的沖擊強度為 338J/m2,用1~2mm 的碳纖維混入不飽和聚酯中雜亂分布、無取向，沖擊強度為 ，幾乎和不加碳纖維的一樣，但是用 6~7mm 的碳纖維在寬為 10mm 的模具中有沿拉伸方向取向的趨勢，拉伸強度取向的比不取向的增加 %，拉伸強度有明顯提高，而沖擊強度下降到 322J/m2。由此看出長纖維可以使沿纖維方向的力學性能提高而使沿 纖維垂直方向的力學性能下降。但是短纖維增強不飽和聚酯復合材料的力學性能各個方向相同，所以短切纖維增強不飽和聚酯有利于實現(xiàn)材料的各向同性。 太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 31 （ 60%~65%）在室溫 15℃下處理 1h、 4h、和 8h，隨著碳纖維處理時間的延長，碳纖維表面形成的溝槽和微孔增多纖維，與不飽和聚酯樹脂基體的結合越好。各種力學性能（拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度）和拉伸 模量及彎曲模量都相應提高。 ，在前一階段隨著碳纖維含量的增加拉伸強度略有下降，過后則隨碳纖維含量的增加而 增加。拉伸模量一直隨著碳纖維含量的增加而增加。 ，但是過長會使黏度升高，不利于澆鑄成型。 ，沿纖維取向方向的力學性能增強，與纖維垂直方向的力學性能下降，所以短切纖維增強材料可以實現(xiàn)各向同性。 太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 32 參考文獻 [1] 杜慧玲 ,齊錦剛 , 龐洪濤 , 萬怡灶 , 王玉林 . 表面處理對碳纖維增強聚乳酸材料界面性能的影響 .材料保護 , ,36(2):1618 [2] 張文軍 , 朱春宇 . 不飽和聚酯樹脂改性研究進展 . 熱固性樹脂 , 22(4): 4142 [3] 于春清 . 不飽和聚醋樹脂生產(chǎn)工藝分析 .玻璃鋼復合材抖 1994,(1):1823 [4] 何宏偉 , 李開喜 . 熱塑性酚醛樹脂對碳纖維環(huán)氧樹脂基復合材料性能影響 . （中國科學院山西煤炭化學研究所中國科學院炭材料重點實驗室，太原 030001） [5] 楊輝 . 改性不飽和聚酯樹脂 （浙江大學無機材料研究所 ） [6] 唐克亞 , 馮光炷 , 尹國強 . 改性不飽和聚酯樹脂的研究進展 .遼寧化工 , , 40(2): 151155 [7] 孫慕瑾 碳纖 維表面處理（中國科學院化學研究所，北京 100080） [8] 季春曉 ,劉禮華 ,曹文娟 ,碳纖維表面處理方法的研究進展 .石油化工技術與經(jīng)濟 , 27(2): 5761 [9] 許 芳 ,齊志軍 .碳纖維的陽極氧化表面處理方法 .高科技纖維與應用 , 36(4): 3941 [10] 龍臥云 ,丁曉坤 ,楊曉華 ,林智群 ,任文輝 ,李雪松 .碳纖維增強樹脂基復合材料的性能研究 .理化檢驗 物理分冊 ,2020,42(10):495497 [11] 張杰 , 寧榮昌 , 李紅 , 齊大偉 , 凌輝 . 碳纖維增強環(huán) 氧樹脂基復合材料的性能研究 .中國膠粘劑 ,18(3): 2125 [12] 楊景鋒 ,王齊華 ,楊麗君等 .纖維增強聚合物基復合材料的界面性能．高分子材料科學與工程， 2020， 2l(2):6— 10 [13] 馬婷婷，白樹林，羅瑞盈 . 碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料在水中老化后的力學性能與破壞機理 .(北京大學工學院，力學與空天技術系，北京 100871；北京航空航天大學理學院，物理系，北京 100083) [14] 徐曉偉，呂建 ，韓俊華，王冰，白亞飛 .熱固性樹脂 . ,26(2):2326 [15] 谷和平，蔣英，張競，李全步，黃培 . 短切纖維增強環(huán)氧樹脂力學性能研究 .(南京工業(yè)大學化學化工學院，江蘇南京 210009) [16] 倪卓，單曉鳳，梁偉杰，欒嵐，蘇曉敏 .不飽和聚酯力學性能和抗腐蝕性能研太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 33 究 .(深圳大學化學與化工學院，廣東深圳 518060 [17] 黃麗 .聚合物復合材料 .北京 .中國輕工業(yè)出版 .2020 [18] 王茂章，賀福 .碳纖維的制造、性質(zhì)及其應用 .科學出版 1984 [19]ChinHsing Chen,KungChin Hybrid Fibre (Glass/Carbons) Reinforced Unsaturated Polyester Composites: Mechanical and Thermal Properties 2020 太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 34 致謝 本論文是在 張保衛(wèi)副教授 的指導下完成的。這篇論文傾注了我很多精力，用了 我百分百的努力和認真 。我要 真誠的感謝指導老師張保衛(wèi)的支持和諄諄教導，當我在購買原料，實驗流程，論文撰寫等方面遇到困難的時候，張老師總是不厭其煩的指導我，直到我順利完成了這篇論文。在實驗過程 中，我還得到了實驗老師李老師無私的幫助，她們指導我正確的使用實驗儀器，使我學到了更多實際操作方面的知識。 在大四下學期 我 開始了自己 的畢業(yè)實驗的設計，操作，數(shù)據(jù)處理以及論文的撰寫。在這一過程中也得到了許多同學的友情幫助，他們幫助我解決了很多實驗操作，數(shù)據(jù)整理和電腦編輯中的困難。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學，以及在設計中被我引用或參考的論著的作者 。 太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 1 畢業(yè)論文 碳纖維增強不飽和聚酯復合材料結構與性能的研究 學生姓名 ： 學號 ： 系 部： 專 業(yè)： 指導教師： 二零一二年六月 李青霞 082074207 材料工程系 高分子材料與工程 張保衛(wèi) 太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 2