【正文】 Figure electron micrograph tensile section由電鏡圖片可以看出經(jīng)1h硝酸處理的碳纖維與基體的結(jié)合強(qiáng)度不是很高，因?yàn)橥ㄟ^(guò)圖看出纖維在基體中又被抽出的現(xiàn)象，而4h和8h處理的無(wú)此現(xiàn)象。引用杜慧玲硝酸處理前后碳纖維表面的XPS分析碳纖維狀態(tài)結(jié)合能/eV面積/%元素/%未處理CON硝酸處理CON未經(jīng)處理碳纖維的XPS擬合峰曲線 硝酸處理后碳纖維的XPS擬合峰曲線 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(yuǎn)遠(yuǎn)高于處理前，提高了近5倍。，這主要是由于硝酸的強(qiáng)氧化性造成的。碳纖維經(jīng)硝酸處理后含氧官能團(tuán)大大增加，如羧基（）%%，其擬合峰明顯增強(qiáng)（圖中標(biāo)記3的官能團(tuán)）。這些極性較強(qiáng)的官能團(tuán)在很大程度上改善了碳纖維表面與基體的結(jié)合性能。此外羥基（圖中標(biāo)記! 的官能團(tuán)）的減少是由于有一部分該官能團(tuán)被氧化為羧基之故。由此可見(jiàn)，濃硝酸處理可顯著提高碳纖維與基體材料的化學(xué)結(jié)合能力，碳纖維表面官能團(tuán)的數(shù)量增加。在相同浸潤(rùn)性和化學(xué)鍵的基礎(chǔ)上，表面積的增加能提高界面粘結(jié)性能，同時(shí)這些縱向分布的溝槽還加強(qiáng)了纖維和基體間的機(jī)械互鎖作用。在相同表面積的情況下引進(jìn)具有極性或反應(yīng)性的官能團(tuán)以及形成和樹(shù)脂起作用的中間層都能提高纖維與基體的結(jié)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(qiáng)的官能團(tuán)，此兩點(diǎn)是硝酸處理后界面作用力增強(qiáng)的主要原因。 碳纖維用量對(duì)復(fù)合材料性能的影響Table the material properties and fiber dosage纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）035710拉伸強(qiáng)度(MPa)1~2mm碳纖2~3mm碳纖拉伸模量(MPa)1~2mm碳纖2~3mm碳纖Figure tensile strength and fiber quality scoreFigure tensile elastic modulus and fiber quality score試驗(yàn)結(jié)果，拉伸強(qiáng)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?jǐn)?shù)為3%時(shí)的1~２mm長(zhǎng)度的CF/,%。2~3mm的CF/UPR在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，%。這主要是：一碳纖維的橫向強(qiáng)度很差，在碳纖維加入量少的時(shí)候，在基體樹(shù)脂中碳纖維縱向提高的拉伸強(qiáng)度不足以補(bǔ)償橫向碳纖維對(duì)樹(shù)脂強(qiáng)度的減弱，二是少量的碳纖維加入，在樹(shù)脂基體中形成了一定的缺陷，強(qiáng)度有所下降。而隨著含量的繼續(xù)增加，纖維承受了主要應(yīng)力使拉伸強(qiáng)度開(kāi)始增加，但是在纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%時(shí)強(qiáng)度下降，碳纖維密度較小，在相同質(zhì)量下，體積較大，當(dāng)填充量大于10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)已經(jīng)由于黏度大出現(xiàn)很多氣泡，致使拉伸強(qiáng)度下降。所以碳纖維的含量會(huì)由于黏度的過(guò)高而受到限制，不適合澆鑄成型。同樣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的碳纖維，碳纖維長(zhǎng)度越短，黏度越小，即碳纖維長(zhǎng)度越小所能加進(jìn)的碳纖維含量（質(zhì)量分?jǐn)?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(yīng)力，在纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料中，基體樹(shù)脂通過(guò)界面將應(yīng)力傳遞給高強(qiáng)度纖維，從而提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能樹(shù)脂主要起傳遞應(yīng)力的作用，所以復(fù)合材料的模量提升幅度增大。 碳纖維取向與力學(xué)性能的關(guān)系 纖維長(zhǎng)度與拉伸、沖擊性能Table fiber length and stretching, impact performance沖擊強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度1~2mm長(zhǎng)CF6~7mm長(zhǎng)CFFigure mechanical strength and fiber length%的CF/UPR，不含碳纖維的沖擊強(qiáng)度為338J/m2,用1~2mm的碳纖維混入不飽和聚酯中雜亂分布、無(wú)取向，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(shì)，%，拉伸強(qiáng)度有明顯提高，而沖擊強(qiáng)度下降到322J/m2。由此看出長(zhǎng)纖維可以使沿纖維方向的力學(xué)性能提高而使沿纖維垂直方向的力學(xué)性能下降。但是短纖維增強(qiáng)不飽和聚酯復(fù)合材料的力學(xué)性能各個(gè)方向相同，所以短切纖維增強(qiáng)不飽和聚酯有利于實(shí)現(xiàn)材料的各向同性。1. 將碳纖維分別用濃硝酸（60%~65%）在室溫15℃下處理1h、4h、和8h，隨著碳纖維處理時(shí)間的延長(zhǎng)，碳纖維表面形成的溝槽和微孔增多纖維，與不飽和聚酯樹(shù)脂基體的結(jié)合越好。各種力學(xué)性能（拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度）和拉伸模量及彎曲模量都相應(yīng)提高。，在前一階段隨著碳纖維含量的增加拉伸強(qiáng)度略有下降，過(guò)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(guò)長(zhǎng)會(huì)使黏度升高，不利于澆鑄成型。，沿纖維取向方向的力學(xué)性能增強(qiáng)，與纖維垂直方向的力學(xué)性能下降，所以短切纖維增強(qiáng)材料可以實(shí)現(xiàn)各向同性。參考文獻(xiàn)[1] 杜慧玲 ,齊錦剛, 龐洪濤, 萬(wàn)怡灶, 王玉林. , ,36(2):1618[2] 張文軍, 朱春宇. 不飽和聚酯樹(shù)脂改性研究進(jìn)展. 熱固性樹(shù)脂, 22(4): 4142[3] 于春清. 1994,(1):1823[4] 何宏偉, 李開(kāi)喜. 熱塑性酚醛樹(shù)脂對(duì)碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料性能影響. （中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所中國(guó)科學(xué)院炭材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原030001）[5] 楊輝. 改性不飽和聚酯樹(shù)脂 （浙江大學(xué)無(wú)機(jī)材料研究所 ）[6] 唐克亞, 馮光炷, 尹國(guó)強(qiáng). , , 40(2): 151155[7] 孫慕瑾 碳纖維表面處理（中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所，北京100080）[8] 季春曉,劉禮華,曹文娟, 27(2): 5761[9] 許 芳, 36(4): 3941[10] 龍臥云,丁曉坤,楊曉華,林智群,任文輝,2006,42(10):495497[11] 張杰, 寧榮昌, 李紅, 齊大偉, 凌輝. ,18(3): 2125[12] 楊景鋒,王齊華,．高分子材料科學(xué)與工程，2005，2l(2):6—10[13] 馬婷婷，白樹(shù)林，羅瑞盈. 碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料在水中老化后的力學(xué)性能與破壞機(jī)理.(北京大學(xué)工學(xué)院，力學(xué)與空天技術(shù)系，北京100871；北京航空航天大學(xué)理學(xué)院，物理系，北京100083)[14] 徐曉偉，呂建 ，韓俊華，王冰，. ,26(2):2326[15] 谷和平，蔣英，張競(jìng)，李全步，黃培. 短切纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂力學(xué)性能研究.(南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，江蘇南京210009)[16] 倪卓，單曉鳳，梁偉杰，欒嵐，.(深圳大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，廣東深圳518060[17] [18] 王茂章，、[19]ChinHsing Chen,KungChin Hybrid Fibre (Glass/Carbons) Reinforced Unsaturated Polyester Composites: Mechanical and Thermal Properties 2005致謝本論文是在張保衛(wèi)副教授的指導(dǎo)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(rèn)真。我要真誠(chéng)的感謝指導(dǎo)老師張保衛(wèi)的支持和諄諄教導(dǎo)，當(dāng)我在購(gòu)買(mǎi)原料，實(shí)驗(yàn)流程，論文撰寫(xiě)等方面遇到困難的時(shí)候，張老師總是不厭其煩的指導(dǎo)我，直到我順利完成了這篇論文。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我還得到了實(shí)驗(yàn)老師李老師無(wú)私的幫助，她們指導(dǎo)我正確的使用實(shí)驗(yàn)儀器，使我學(xué)到了更多實(shí)際操作方面的知識(shí)。在大四下學(xué)期我開(kāi)始了自己的畢業(yè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，操作，數(shù)據(jù)處理以及論文的撰寫(xiě)。在這一過(guò)程中也得到了許多同學(xué)的友情幫助，他們幫助我解決了很多實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。 2 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 畢業(yè)論文碳纖維增強(qiáng)不飽和聚酯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的研究082074207李青霞材料工程系學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 高分子材料與工程系 部： 張保衛(wèi)專(zhuān) 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 二零一二年六月