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寧波材料所在石墨烯強韌化碳纖維復(fù)合材料關(guān)鍵技術(shù)研究中取得進展
發(fā)布者:taili668  發(fā)布時間:2016-12-27 09:34:55
    碳纖維復(fù)合材料因輕質(zhì)高強、抗疲勞、耐腐蝕、可設(shè)計性強等一系列特性,在航空航天、汽車、船舶、能源、建筑等領(lǐng)域的應(yīng)用與日俱增。然而,由于碳纖維表面光滑、惰性大、具有化學(xué)活性的官能團少,導(dǎo)致碳纖維與基體樹脂之間的界面粘結(jié)強度低,界面存在較多缺陷,往往成為復(fù)合材料的薄弱環(huán)節(jié)。中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所所屬先進制造所復(fù)合材料智能制造與裝備團隊在石墨烯強韌化碳纖維復(fù)合材料關(guān)鍵技術(shù)方面取得了新進展。

     在前期研究工作中發(fā)現(xiàn),石墨烯納米粒子接枝到碳纖維表面可以有效提高碳纖維復(fù)合材料的界面性能(ACS Applied Materials & Interfaces, 2012,4, 1543)。為了實現(xiàn)石墨烯改性碳纖維的規(guī);肪,采用石墨烯改性上漿劑對碳纖維表面進行改性,以提高碳纖維復(fù)合材料的界面性能。研究人員通過對石墨烯表面改性,制備出在水溶液和上漿劑中均能穩(wěn)定分散的石墨烯,通過對石墨烯尺寸的分級調(diào)控,制備出了表面改性的石墨烯(如圖1),可以穩(wěn)定分散于不同的上漿劑體系中,成功實現(xiàn)了石墨烯在上漿劑中的穩(wěn)定分散技術(shù)。通過相反轉(zhuǎn)法和自乳化法成功研發(fā)出兩種具有良好穩(wěn)定性的石墨烯改性上漿劑(如圖2),并且有效提升了碳纖維的復(fù)合材料的界面粘結(jié)性能,其界面剪切強度(IFSS)可達92.3 MPa(如圖3),而且碳纖維的上漿率低于1.5%,飽和吸水率低于2%。采用石墨烯強韌化碳纖維,優(yōu)化加工成型工藝條件,得到綜合性能優(yōu)異的石墨烯強韌化碳纖維復(fù)合材料,復(fù)合材料層間剪切強度可達73.5 MPa;I型層間斷裂韌性提高幅度為33.3%。該研發(fā)成果已申請發(fā)明專利(CN 201610296461.7)。

以上工作得到了寧波市石墨烯重大科技專項(2014S10004)的大力支持。



圖1 分級改性后的石墨烯

圖2 石墨烯改性上漿劑

                             圖3 石墨烯含量對碳纖維復(fù)合材料IFSS性能的影響


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