【正文】 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 。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。 ，但是過長會使黏度升高，不利于澆鑄成型。 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(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。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。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(jié)合能力。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(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小時硝酸處理碳纖 彎曲強度（ 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彎曲強度（MPa）纖維處理時間 （ h ） 彎曲強度 圖 彎曲強度和纖維處理時間 Figure bending strength and the fiber processing time 太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 23 無碳纖 1 4 8352354356358360362364366彎曲模量（MPa）纖維處理時間 （ h ） 彎曲模量 圖 彎曲模量和纖維處理時間 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）纖維處理時間 （ h ）彎曲撓 度 圖 Figure bending flexibility and fiber processing time 太原工業(yè)學院畢業(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間增長而嚴重。 表 Table carbon fiber processing time and material mechanics performance 碳纖維處理時間（ h） 1 4 8 拉伸強度（ MPa） 拉伸彈性模量（ MPa） 拉伸斷裂伸長率（ %） 沖擊強度（ J/㎡） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 92 8 .52 9 .02 9 .53 0 .03 0 .53 1 .0拉伸強度（MPa）纖維處理時間 （ h ） 拉伸強度 圖 拉伸強度與纖維處理時間的關(guān)系曲 Figure tensile strength and fiber to the processing time relationship curve 太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 93 .83 .94 .04 .14 .24 .3拉伸斷裂伸長率（%）纖維處理時間 （ h ）斷裂 伸長率 圖 拉伸斷裂伸長率與纖維處理時間的關(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）纖維處理時間 （ h ） 拉伸彈性 模量 圖 拉伸彈性模量與纖維處理時間的關(guān)系曲線 Figure tensile elastic modulus and fiber processing time relationship curve 太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 21 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9340345350355360365370375沖擊強度（J/m2）纖維處理時間 （ h ）沖擊強度 圖 沖擊強度與碳纖維處理時間的關(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 復合材料，拉伸強度隨著碳纖維處理時間的增長而略有提 高，濃硝酸 4 小時處理后的拉伸強度比 1 小時處理后拉伸強度的升高了%，而碳纖維 8 小時濃硝酸處理后的拉伸強度比一小時的提升了 %；拉伸彈性模量隨著纖維處理時間的增長而增長， 4 小時比 1 小時處理后拉伸彈性模量提高了%， 8小時比 1小時處理的升高了 %；拉伸斷裂伸長率隨纖維表面的處理程度略有降低， 4 小時比 1 小時的降低了 %,8 小時處理比 1h 的降低了 %；而沖擊強度隨纖維的處理程度的增加而有所提高， 4 小時處理的比 1 小時處理的提高了%， 8小時比 1小時的提高了 %。在 22min之后溫度基本不變，交聯(lián)反應完 成。 力學性能測試 將澆鑄好的 CF/UPR 復合材料的樣條測出寬和厚，然后在萬能材料試驗機上進行拉伸試驗，拉伸速率為 100mm/min,并記錄拉伸強度、拉伸彈性模量和拉伸斷裂伸長率。加料完成后靜置 3min后進行刮氣泡，每隔兩分鐘刮一次，刮 2~3 次后進行澆注，澆注后再每隔 2 分鐘進行太原工業(yè)學院畢業(yè)論文 16 一次刮泡補料重復操作 2~3 次后放置在常溫下固化。 試驗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樹脂基復合材料的界面強度 ,但對高模量碳纖維效果不明顯。在對碳纖維進行偶聯(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 , 因而所制復合材料的高 溫層間剪切強度和濕態(tài)層間剪切強度有不同程度下降。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、晶須生長法、等離子體法等。電解質(zhì)可用酸、堿或鹽類。采用電化學氧化法 , 合理選擇電化學氧化裝置是保證實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 , 隨時間的延長和溫度的升高 , 強度會有損失 , 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隨之增加 , 有利于復合材料的界面結(jié)合。 (1)氧化法 太原工業(yè)學院畢業(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、電化學氧化法。碳化時纖維中的芳烴大分子之間進行脫氫、脫水、縮合反應，排除非碳元素。為獲得高性能的碳纖維，需嚴格控制紡絲溫度、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，此時基體會將負荷傳遞給纖維直至斷裂，形成突然的張力破壞，表面處理過的高強型碳纖維常常是這種破壞，此時復合材料的剪切強度與樹脂基體的力學性能有關(guān)。因此 CFRP 的比強度即材料的強度與其密度之比可達到2020Mpa/(g/cm3)以上，而 A3 鋼的比強度僅 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（預氧化）、碳化、石墨化等 4 個過程。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。通用型碳纖維強度為 1000 兆帕（ MPa）、模量為 100GPa 左右。因此，對纖維進行適當?shù)谋砻嫣幚砜梢杂行У奶岣邚秃喜牧系男阅?，表面處理程度過大過小對最終的復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反應溫度： 160~210℃ , 最佳反應溫度 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反應時間： 10~14 小時 ⑦常壓下生產(chǎn)。這類樹脂能耐一般的腐蝕和一定的溫度。這個結(jié)段通常是一個很漫長的過程。這一階段大約需要幾十分鐘至幾小時。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)生的化學反應，即 ?苯乙烯與聚酯分子之間的反應；