【正文】 由此可見，提高纖維表面含氧基團(tuán)的含量是改善界面的有效方式 。 (2)三種纖維與樹脂的接觸角由大到小順序是 CCF300、 T800、 T300，而其表面能由大到小順序是 T300、 T800、 CCF300；兩者對比可以得出：碳纖維表面能越大，其與 TDE85接觸角就越小，潤濕性就 越好。這是因?yàn)楹豕倌軋F(tuán)一方面改善了纖維表面的極性，增大了纖維的表面能，提高了基體與其潤濕性；另一方面，可與環(huán)氧樹脂基體的化學(xué)官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)作用， 形成強(qiáng)的結(jié)合界面。三種纖維與樹脂的接觸角由大到小順序是 CCF300、 T800、 T300，而其表面能由大到小順序是 T300、T800、 CCF300；兩者對比可以看出：碳纖維表面能越大，其與 TDE85 接觸角就越小，潤濕性就越好 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 37 (3)T800/TDE85體系的界面強(qiáng)度值高達(dá) ， TDE85環(huán)氧樹脂與碳纖維表面粘結(jié)良好，充分發(fā)揮了 T800 優(yōu)異的強(qiáng)度性能。 與復(fù)合材料宏觀力學(xué)實(shí)驗(yàn)相比，微復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)已經(jīng)能夠直接定量或半定量的測出界面強(qiáng)度，并且有些實(shí)驗(yàn)值已被用于復(fù)合材料宏觀設(shè)計(jì)和估算損傷、殘余剛度及壽命的研究等方面。因哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 36 此存在一個(gè)臨界包埋長度，當(dāng)埋入長度大于該臨界長度時(shí)，隨著埋入長度的增加，最大脫粘力將不再發(fā)生變化 [46]。 埋入長度與最大脫粘力的關(guān)系 以 T800/TDE85 體系單纖維復(fù)合材料為例，樹脂小球脫粘時(shí)，最大脫粘力與包埋長度存在一定的線性關(guān)系，如圖 。 圖 ，從圖可以看出，樹脂小球脫粘前后，有明顯 的位移。) θC2H2I2(176。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 31 表 三種液體的表面能 浸潤液 γ(mJ/m2) γd(mJ/m2) γp(mJ/m2) 蒸餾水 二碘甲烷 TDE85 Owens 和 Wendt 認(rèn)為固液之間的粘附功 γ(1+cosθ)為固液間色散力相互作用的幾何平均與非色散力相互作用的幾何平均之總和，即： γ1(1+cosθ1)=2(γsdγ1d)1/2+2(γspγ1p)1/2 γ2(1+cosθ2)=2(γsdγ2d)1/2+2(γspγ2p)1/2 γs= γsd+γsp 在式中， γ γ2分別為兩種液體的表面能； θ θ2分別為纖維與兩種液體的動(dòng)態(tài)接觸角； γs 為纖維表面能； γsd、 γsp分別為纖維表面能的色散分量和極性分量； γ1 d、 γ2p分別為兩種液體表面能的極性分量； γ1 p、 γ2d分別為兩種液體表面能的色散分量； 多次測量取平均值，得到兩種浸潤液體與碳纖維的接觸角。~90176。) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均值 由表 ， T800、 T300、 CCF300三種纖維與 TDE85環(huán)氧樹脂的觸角分別為 176。 0 1 2 3 4 50 .0 0 0 00 .0 0 0 10 .0 0 0 20 .0 0 0 30 .0 0 0 40 .0 0 0 50 .0 0 0 60 .0 0 0 7 y=8 .64 *105x+1 .79 *104weight/gp o si ti o n /m m 圖 T800/TDE85體系接觸角測試曲線 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 29 0 1 2 3 4 5 00 0 00 5 01 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 05 0 05 5 y = 5 .6 7 *1 0 x + 1 .9 5 *1 04weight/gposition /mm 圖 T300/TDE85體系接觸角測試曲線 0 1 2 3 4 5 00 0 00 5 01 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 y= 5* 10 x+ 7* 104weight/gposition /mm 圖 CCF300/TDE85體系接觸角測試曲線 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 30 每種碳纖維測得的數(shù)值不少于 15個(gè)，除去外界干擾等因素造成的波動(dòng)比較大的數(shù)據(jù)，得到 10 組數(shù)據(jù)取均值，即得到不同種類碳纖維與 TDE85 環(huán)氧樹脂的接觸角，如表 所示。說明液體能夠浸潤纖維。 而實(shí)際情況下 ， 0176。 學(xué)術(shù)界目前普遍接受的接觸角定義是：當(dāng)一液滴在固體表面不完全展開時(shí)，在氣、液、固三相會(huì)合點(diǎn)，固 液界面的水平線與氣 液界面切線之間的夾角 θ，稱為接觸角，如圖 。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 27 第 4章 CF/TDE85界面性能分析 在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中，界面層在復(fù)合材料中占很大比例。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 26 (1)國產(chǎn) CCF300碳纖維原絲表面只含有 C、 O兩種元素， T300、 T800都含有 C、 N、 O三種元素，且 T300含有微量的 Cl 元素， T800在此基礎(chǔ)上，還有微量的 S元素。 與 CF比較可得， CFM的 COOH/COOR的含量明顯提高，纖維表面還檢測到了 C=O、 OCOOR等高氧化狀態(tài)的含氧官能團(tuán)的存在。 (a) CF (b) CFM 圖 T800碳纖維的 C1s能譜 292 290 288 286 284 282 280500100015002021250030003500Intensity/cpsBi nd in g En er gy /eV421 292 290 288 286 284 282 280500100015002021250054 321Intensity/cpsBi nd in g En er gy /eV 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 24 (a) CF (b) CFM 圖 T300碳纖維的 C1s能譜 (a) CF (b) CFM 圖 CCF300碳纖維 C1s能譜 對峰進(jìn)行解析，可分解為 5個(gè)不同的峰 [42]： (1) ~285eV，代表碳纖維表面的 CC 結(jié)構(gòu)； (2) ~，代表碳纖維表面可能存在的羥基、醚鍵等結(jié)構(gòu)； (3) ~，代表羰基、醌基； (4) ~，代表碳纖維表面可能存在的羧基或酯基； (5) ~，代表碳纖維表面可能存在的碳酸酯或其他高氧化狀態(tài)的碳，如 CO、 CO2等。 纖維種類 C1s N1s O1s Cl2p S2p O1s/C1s CCF300 T300 T800 CCF300M T300M T800M 1000 800 600 400 200 0050010001500202125003000Intensity/cpsBi nd in g En er gy /eVC1sO1s 1000 800 600 400 200 005001000150020212500300035004000N1sO1sC1sIntensity/cps Bi nd in g En er gy /eV a ) 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 23 纖維表面的化學(xué)活性是以其化學(xué)活性基團(tuán)的濃度表示，一般認(rèn)為活性基團(tuán)為含 O基團(tuán) ( 羥基、羰基、羧基、酯基 ) ，因此可以用 O/ C值來表示其化學(xué)活性，比值越大，表明碳纖維的表面活性越強(qiáng)，與樹脂基體的浸潤性和化學(xué)反應(yīng)性越好，得到的復(fù)合材料的性能也越高。 (a) CF (b) CFM 圖 T800碳纖維的表面能譜 (a) CF (b) CFM 圖 T300碳纖維的表面能譜 1000 800 600 400 200 0010002021300040005000S2pCl2pN1sO1sC1sIntensity/cpsBi nd in g En er gy /eV 1000 800 600 400 200 0050010001500202125003000N1sO1sC1sIntensity/cpsBi nd in g En er gy /eV 1000 800 600 400 200 0010002021300040005000Cl2pO1sN1sC1sIntensity/cpsBi nd in g En er gy /eV 1000 800 600 400 200 005001000150020212500300035004000N1sO1s C1sIntensity/cpsBi nd in g En er gy /eV 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 22 (a) CF (b) CFM 圖 CCF300碳纖維 XPS圖譜 XPS分析碳纖維表面化學(xué)元素組成如表 。本節(jié)通過對譜峰形狀的分析，利用峰分離技術(shù) (XPS PEAK 軟件 )，確定碳纖維表面主要元素及其化學(xué)鍵合方式，以此預(yù)測碳纖維與樹脂基體的浸潤性好壞以及形成強(qiáng)界面結(jié)合的可能性。因而 XPS 被認(rèn)為 XPS是一種對固體表面進(jìn)行定性、定量分析和結(jié)構(gòu)鑒定的實(shí)用性很強(qiáng)的表面分析方法。 樹脂小球 刀口 載荷 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 19 圖 本實(shí)驗(yàn)共制作這樣的樣品 60個(gè)，每種纖維 20個(gè)，進(jìn)行 120余次實(shí)驗(yàn)。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 18 該復(fù)合材料界面評價(jià)裝置的最大載荷為 500 mN，檢測頭的移動(dòng)速率為 mm/min，實(shí)驗(yàn)過程中存在以下假設(shè)：在微球脫粘過程中沿碳纖維和環(huán)氧樹脂基體形成的界面方向上剪切應(yīng)力不發(fā)生改變。隨著加載值的逐漸增大，在刀具的作用下使樹脂球沿著碳纖維脫粘并滑移，傳感器會(huì)記錄下樹脂滴產(chǎn)生脫粘的最大力 Fmax。 哈爾濱工程大學(xué)本科生