【正文】 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過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 。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)我在購買原料，實(shí)驗(yàn)流程，論文撰寫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。 ，但是過長(zhǎng)會(huì)使黏度升高，不利于澆鑄成型。 太原工業(yè)學(xué)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(shí)間的延長(zhǎng)，碳纖維表面形成的溝槽和微孔增多纖維，與不飽和聚酯樹脂基體的結(jié)合越好。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)樹脂復(fù)合材料中，基體樹脂通過界面將應(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。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)樹脂強(qiáng)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(qiáng)度有所下降。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)以及形成和樹脂起作用的中間層都能提高纖維與基體的結(jié)合能力。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。 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 C O N 硝酸處理 C O N 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。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 22 表 Table bending strength and fiber to the processing time 試樣 無碳纖 1h硝酸處理碳纖 4h硝酸處理碳纖 8小時(shí)硝酸處理碳纖 彎曲強(qiáng)度（ MPa） 彎曲模量 (MPa) 試樣規(guī)定撓度（ mm） 無碳纖 1 4 84 1 .54 2 .04 2 .54 3 .04 3 .54 4 .04 4 .5彎曲強(qiáng)度（MPa）纖維處理時(shí)間 （ h ） 彎曲強(qiáng)度 圖 彎曲強(qiáng)度和纖維處理時(shí)間 Figure bending strength and the fiber processing time 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 23 無碳纖 1 4 8352354356358360362364366彎曲模量（MPa）纖維處理時(shí)間 （ h ） 彎曲模量 圖 彎曲模量和纖維處理時(shí)間 Figure bending modulus and fiber processing time 無纖維 1 4 84 .14 .24 .34 .44 .54 .64 .74 .8彎曲撓度（mm）纖維處理時(shí)間 （ h ）彎曲撓 度 圖 Figure bending flexibility and fiber processing time 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 24 由掃描電鏡照片圖可見，硝酸處理后的碳纖維表面被氧化刻蝕形成溝槽或微孔，而且碳纖維表面的刻蝕情況隨著處理時(shí)間增長(zhǎng)而嚴(yán)重。 表 Table carbon fiber processing time and material mechanics performance 碳纖維處理時(shí)間（ h） 1 4 8 拉伸強(qiáng)度（ MPa） 拉伸彈性模量（ MPa） 拉伸斷裂伸長(zhǎng)率（ %） 沖擊強(qiáng)度（ J/㎡） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 92 8 .52 9 .02 9 .53 0 .03 0 .53 1 .0拉伸強(qiáng)度（MPa）纖維處理時(shí)間 （ h ） 拉伸強(qiáng)度 圖 拉伸強(qiáng)度與纖維處理時(shí)間的關(guān)系曲 Figure tensile strength and fiber to the processing time relationship curve 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 93 .83 .94 .04 .14 .24 .3拉伸斷裂伸長(zhǎng)率（%）纖維處理時(shí)間 （ h ）斷裂 伸長(zhǎng)率 圖 拉伸斷裂伸長(zhǎng)率與纖維處理時(shí)間的關(guān)系曲線 Figure tensile elongation at break and fiber to the processing time relationship curve 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9750755760765770775拉伸彈性模量（MPa）纖維處理時(shí)間 （ h ） 拉伸彈性 模量 圖 拉伸彈性模量與纖維處理時(shí)間的關(guān)系曲線 Figure tensile elastic modulus and fiber processing time relationship curve 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 21 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9340345350355360365370375沖擊強(qiáng)度（J/m2）纖維處理時(shí)間 （ h ）沖擊強(qiáng)度 圖 沖擊強(qiáng)度與碳纖維處理時(shí)間的關(guān)系曲線 Figure impact strength and carbon fiber processing time relationship curve 纖維質(zhì)量比相同（ 3%）的 CF/UPR 復(fù)合材料，拉伸強(qiáng)度隨著碳纖維處理時(shí)間的增長(zhǎng)而略有提 高，濃硝酸 4 小時(shí)處理后的拉伸強(qiáng)度比 1 小時(shí)處理后拉伸強(qiáng)度的升高了%，而碳纖維 8 小時(shí)濃硝酸處理后的拉伸強(qiáng)度比一小時(shí)的提升了 %；拉伸彈性模量隨著纖維處理時(shí)間的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)， 4 小時(shí)比 1 小時(shí)處理后拉伸彈性模量提高了%， 8小時(shí)比 1小時(shí)處理的升高了 %；拉伸斷裂伸長(zhǎng)率隨纖維表面的處理程度略有降低， 4 小時(shí)比 1 小時(shí)的降低了 %,8 小時(shí)處理比 1h 的降低了 %；而沖擊強(qiáng)度隨纖維的處理程度的增加而有所提高， 4 小時(shí)處理的比 1 小時(shí)處理的提高了%， 8小時(shí)比 1小時(shí)的提高了 %。在 22min之后溫度基本不變，交聯(lián)反應(yīng)完 成。 力學(xué)性能測(cè)試 將澆鑄好的 CF/UPR 復(fù)合材料的樣條測(cè)出寬和厚，然后在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，拉伸速率為 100mm/min,并記錄拉伸強(qiáng)度、拉伸彈性模量和拉伸斷裂伸長(zhǎng)率。加料完成后靜置 3min后進(jìn)行刮氣泡，每隔兩分鐘刮一次，刮 2~3 次后進(jìn)行澆注，澆注后再每隔 2 分鐘進(jìn)行太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 16 一次刮泡補(bǔ)料重復(fù)操作 2~3 次后放置在常溫下固化。 試驗(yàn)處理碳纖維用的是液體氧化法中的濃硝酸（ 60%~65%）處理。用偶聯(lián)劑處理碳纖維 (低模量 )可以提高碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的界面強(qiáng)度 ,但對(duì)高模量碳纖維效果不明顯。在對(duì)碳纖維進(jìn)行偶聯(lián)劑涂層處理之前 , 可采用空氣氧化處理。電聚合法采用苯乙烯馬來酸酐、甲基乙烯醚馬來酸酐、乙烯丙烯酸共聚物和烯烴馬來酸酐等 ,它們屬于熱塑性聚合物 , 耐高溫性能差 , 因而所制復(fù)合材料的高 溫層間剪切強(qiáng)度和濕態(tài)層間剪切強(qiáng)度有不同程度下降。用碳纖維作陽極 , 不銹鋼板作陰極 , 電聚合液可用含羧基共聚物的 銨鹽水溶液。此外 , 還可以用羧基鐵和醛等的熱解后的沉積物來提高界面性能。 (2)非氧化法 非氧化法分為氣相沉積法、電聚合法、偶聯(lián)劑涂層法、聚合物涂層法、晶須生長(zhǎng)法、等離子體法等。電解質(zhì)可用酸、堿或鹽類。采用電化學(xué)氧化法 , 合理選擇電化學(xué)氧化裝置是保證實(shí)施碳纖維有良好的表面處理效果的前提條件。采用液相氧化法氧化后的碳纖維表面所含的各種含氧極性基團(tuán)和溝壑增多 , 有利于提高纖維與樹脂之間的界面結(jié)合力。液相氧化中使用的氧化劑種類很多 , 如高錳酸鉀、過硫酸銨、次氯酸鈉和硫酸混合溶液、硝酸等。碳纖維在氣相氧化的過程中 , 隨時(shí)間的延長(zhǎng)和溫度的升高 , 強(qiáng)度會(huì)有損失 , 但只要內(nèi)部結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化 , 其表面刻蝕程度及比表面積會(huì)隨之增加 , 有利于復(fù)合材料的界面結(jié)合。 (1)氧化法 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 11 氧化法又分為氣相氧化法、液相氧化法、氣液雙效氧化法、電化學(xué)氧化法。碳化時(shí)纖維中的芳烴大分子之間進(jìn)行脫氫、脫水、縮合反應(yīng)，排除非碳元素。為獲得高性能的碳纖維，需嚴(yán)格控制紡絲溫度、噴絲口形狀、氣氛周圍溫度等。因此瀝青原料的調(diào)制是控制所得碳纖維性能的關(guān)鍵。反之，若纖維和樹脂粘結(jié)良好，此時(shí)基體會(huì)將負(fù)荷傳遞給纖維直至斷裂，形成突然的張力破壞，表面處理過的高強(qiáng)型碳纖維常常是這種破壞，此時(shí)復(fù)合材料的剪切強(qiáng)度與樹脂基體的力學(xué)性能有關(guān)。因此 CFRP 的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到2020Mpa/(g/cm3)以上，而 A3 鋼的比強(qiáng)度僅 59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。碳纖維的制造包括纖維紡絲、熱穩(wěn)定化（預(yù)氧化）、碳化、石墨化等 4 個(gè)過程。溫度越高，張力越大，擇優(yōu)取向角越小，模量越高。構(gòu)成多晶結(jié)構(gòu)的基元是六角形芳環(huán)的層晶格，石墨片層就是由層晶格組成的層平面。 圖 Figure carbon fiber pictures 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 8 碳纖維的結(jié)構(gòu)與性能 碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。用量最大的是聚丙烯腈 PAN基碳纖維。通用型碳纖維強(qiáng)度為 1000 兆帕（ MPa）、模量為 100GPa 左右。因此，對(duì)纖維進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砜梢杂行У奶岣邚?fù)合材料的性能，表面處理程度過大過小對(duì)最終的復(fù)合材料的性能均有較大的影響。特別是在 2020℃以上高溫惰性環(huán)境中，是唯一強(qiáng)度 不下降的物質(zhì)。 圖 Figure flow chart (2) 工藝控制參數(shù) ①攪拌溫度： 70℃ ②反應(yīng)溫度： 160~210℃ , 最佳反應(yīng)溫度 190~200℃ ⑧分餾柱頭溫度：＜ 105℃ ④加阻聚劑及石蠟的溫度： 180~190℃ ⑤稀 釋釜的混溶溫度： 70~80℃ ⑥反應(yīng)時(shí)間： 10~14 小時(shí) ⑦常壓下生產(chǎn)。這類樹脂能耐一般的腐蝕和一定的溫度。這個(gè)結(jié)段通常是一個(gè)很漫長(zhǎng)的過程。這一階段大約需要幾十分鐘至幾小時(shí)。該結(jié)段中，樹脂能熔融，并可溶于某些溶劑（如乙醇、丙酮等）中。在這一固化過程中，存在三種可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，即 ?苯乙烯與聚酯分子之間的反應(yīng)；