碳纖維以及碳納米管增強聚合物基復合材料因其輕質(zhì)、比強度高、比模量高以及電學性能優(yōu)異等優(yōu)點而越來越廣泛的被應用在各個領(lǐng)域當中。其力學性能不僅取決于增強體與基體各自固有的性能,也與復合材料各組分間的界面性能密不可分。同時,在復合材料的成型過程中,纖維與聚合物基體間的潤濕性對復合材料界面的物理結(jié)合性能以及界面處孔隙缺陷的產(chǎn)生有極大的影響。然而作為纖維增強體,從碳纖維絲束到碳纖維單絲,從碳納米管纖維到碳納米管,它們與基體的固液潤濕行為往往在不同尺度下同時發(fā)生,因此,高精度表征分析纖維材料在不同尺度下的潤濕性對于其復合材料,尤其是熱塑性聚合物基復合材料的界面性能的調(diào)控與優(yōu)化具有重要的理論研究意義與工程應用價值。本文針對高性能聚合物基復合材料的研發(fā)與應用的發(fā)展需求,采用化學氣相沉積法制備得到碳納米管陣列并利用干紡法制備碳納米管纖維;同時,采用連續(xù)化學氣相沉積的方法在碳纖維表面生長碳納米管實現(xiàn)對其的表面改性,制備得到碳納米管/碳纖維多尺度纖維。對碳纖維單絲與絲束、碳納米管纖維以及碳納米管/碳纖維多尺度纖維的微觀結(jié)構(gòu)形貌進行表征分析,針對它們的多尺度結(jié)構(gòu),基于Cassie-Baxter理論建立了碳纖維...

【文章頁數(shù)】：130 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1-1碳纖維的顯微結(jié)構(gòu)

大量科研工作者多年研究結(jié)果表明，碳纖維最有可能，同時也最被大眾認可的微觀結(jié)構(gòu)為皮芯結(jié)構(gòu)，如圖1-1所示。尤其對于具有較高模量的聚丙烯腈基碳纖維，可在碳纖維氧化處理后的切片中清晰觀察到相應的皮芯結(jié)構(gòu)。碳纖維外側(cè)皮層石墨片層結(jié)構(gòu)相對致密，取向程度相對較高，然而內(nèi)側(cè)芯層的石墨片層結(jié)構(gòu)....

圖1-2碳纖維表面改性方法示意圖及其改性前后表面的高倍數(shù)場發(fā)射掃描電子顯微鏡照片

哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文使碳纖維增強聚合物基復合材料界面能更好的起到傳遞載荷的作用，就需善碳纖維的表面化學惰性，并提高碳纖維與聚合物基體間的結(jié)合作用。碳的表面改性處理方法可分為三大種類，其分別是干法表面改性處理、濕法表面改性處理以及多尺度表面改性處理，如圖1-2所示。

圖1-3碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖及其透射電子顯微鏡照片

哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文合物基復合材料的界面結(jié)合強度，但同時也會在一定程度上拉伸強度。有關(guān)碳納米管/碳纖維多尺度增強聚合物基復合在下一小節(jié)詳細闡述。纖維同為碳材料的碳納米管，是由石墨片層卷曲成管狀從而的一種材料[43,44]，其石墨片層數(shù)可分為單壁、雙壁和多壁碳圖1-3....

圖1-4碳納米管纖維的不同放大倍數(shù)的SEM照片

第1章緒論制備碳納米管纖維，首先將碳納米管均勻分散在表面活性劑溶液中或者強，然后將碳納米管分散液凝結(jié)成纖維[50,51]。干法紡絲制備碳納米管纖維則直接從碳納米管氣凝膠或碳納米管豎直陣列中抽取碳納米管并紡制成碳管纖維[52,53]。其中，干法紡絲制備碳納米管纖維因其可操作....

本文編號：3994676