【正文】 碳纖維 (CF) 變量 2引發(fā)劑： 50%的過氧化環(huán)己酮的鄰苯二甲酸二丁酯糊 2促進劑： 8%~10%萘酸鈷的苯乙 烯溶液 試驗流程 用玻璃紙做成一次性的小模具 ,拉伸樣條做成長為 12mm 寬為 10mm 厚為 4mm，沖擊樣條做成長 8mm 寬 10mm 厚 4mm。 試驗處理碳纖維用的是液體氧化法中的濃硝酸（ 60%~65%）處理。 將碳纖維和濃硝酸按照質(zhì)量比 1 ∶ 5 混合攪拌 , 在室溫 15℃左右 處理一定時間 , 用去離子水沖洗至中性 , 然后放到 80℃烘箱內(nèi)烘干為止。其中處理時間分別為 1h、 4h、 8h 三組不等。 將分別進行了 1h、 4h和 8h處理好的碳纖維每組分成兩部分分別剪成 1~２ mm 和２ ~３ mm 按照配方稱取所需原料和試劑，按照：不飽和聚酯 → 碳纖維 → 引發(fā)劑 → 促進劑 的加料順序加料，每加一樣藥品要攪拌均勻再加下一樣藥品。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(xué)院畢業(yè)論文 16 一次刮泡補料重復(fù)操作 2~3 次后放置在常溫下固化。固化 24 小時后 在 80℃ 下 進行 3小時的后處理。 圖 Figure test flow chart 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 17 表征 不飽和聚酯樹脂固化過程溫度變化 室溫 25℃時 ，用溫度計測量不飽和聚酯固化過程的溫度變化。用 DSC 測量不飽和聚酯在不同升溫速率的吸熱、放熱情況。 力學(xué)性能測試 將澆鑄好的 CF/UPR 復(fù)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。用沖擊試驗機測量無缺口沖擊強度。 結(jié)構(gòu)表征 用電子掃描顯微鏡觀察試樣斷口分析碳纖維 (CF)在基體中的分散情況和碳纖維硝酸處理后的表面變化情況。 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 18 不飽和聚酯樹脂固化 過程溫度變化 （試驗配方，室溫 25℃） ： 表 Table polyester curing process temperature changes 時間/min 0 10 15 18 20 22 27 溫度/℃ 21 22 23 34 115 150 151 不飽和聚酯在 15min 出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象，由表 可以看出在出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象以前，前15min 聚合物的反應(yīng)緩慢，溫度基本沒有太大變化， 15min 以后交聯(lián)反應(yīng)速度迅速提升溫度迅速升高。在 22min之后溫度基本不變，交聯(lián)反應(yīng)完 成。所以試驗操作時間是15min 以內(nèi)。 0 50 100 150 200 25021012345升溫速 率 20 ℃ / m i n升溫速 率 15 ℃ / m i n升溫速 率 10 ℃ / m i n熱流率(mw)溫度（℃） D SC 圖 DSC曲線 Figure DSC curve 從圖 可以可看出凝膠化溫度和固化溫度隨著升溫速度的減慢而越來越接近，太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 19 說明該樹脂在升溫速度為 0℃時的凝膠化溫度和固化溫度非常的接近，說明該樹脂反應(yīng)活性高、固化反應(yīng)放熱集中，該固化體系適合于快速成型工藝。 碳纖維的硝酸 (60%～ 65%)處理時間對性能的影響 配方 :不飽和聚酯： 100 碳纖維 :3(1～ 2mm) 引發(fā)劑： 促進劑： 本實驗對碳纖維進行 1ｈ、 4ｈ和 8h 的濃硝酸（ 60%～ 65%）表面處理，然后對處理后的 CF/UPR 復(fù)合材料的力學(xué)性能進行了測試，結(jié)果見表 。 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(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(xué)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(fù)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 %。通過下 表分析，彎曲強度和彎曲模量都是隨著碳纖維的處理時間的提高而提高， 4 小時比 1 小時處理的彎曲強度增加 %， 8小時比一小時的彎曲強度增加 %。 4 小時比 1 小時處理的彎曲模量增加 %， 8小時處理的比 1 小時處理的增加了 %但是一小時處理的碳纖維增強的不飽和聚酯的彎曲強度降低，可能是由于碳纖維有拔出現(xiàn)象或纖維與基體之間的粘結(jié)力不強形成缺陷。彎曲撓度隨著碳纖維處理時間和碳纖維的加入撓度減小。 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(xué)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(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間增長而嚴重。這些溝槽和微孔使碳纖維的表面積增大 ,同時這些溝槽微孔還加強了纖維和基體間的機械互鎖作用。所以隨著纖維處理時間 的提高碳纖維和基體的物理作用力增強。 A..硝酸處理 1h 碳纖維圖片 4h 碳纖維圖片 8h 圖片 圖 Figure fiber electron micrograph 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 25 1h 1h 1h 4h 8h 圖 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)合強度不是很高，因為太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 26 通過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 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