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摘要：本文采用浓硝酸处理的碳纤维增强不饱和聚酯196。测量了CF/UPR复合材料的力学性能（拉伸强度、弯曲强度和冲击强度等），分别研究了不同纤维用量和不同的纤维表面处理时间对复合材料力学性能的影响。并通过SEM图分析了碳纤维的表面结构。结果表明，随着硝酸氧化处理时间的延长，碳纤维表面沟槽稍有加深和增多，使比表面积增大，有利于碳纤维与树脂基体间的物理结合；但处理时间过长，沟槽数又减少，碳纤维表面变得比较光滑，出现不同程度地损伤，这对提高强度是不利的。当碳纤维处理时间与长度均相同时，加入7%的碳纤维，它在基体树脂中分布的最均匀，复合材料的力学性能最佳。
关键词：不饱和聚酯196，碳纤维，表面处理，力学性能，结构表征
目 录
1 前言 1
1.1 不饱和聚酯 1
1.1.1 概述 1
1.1.2 国内外发展状况 3
1.1.3 不饱和聚酯固化机理 5
1.1.4 196#不饱和聚酯的合成 6
1.2 碳纤维 8
1.2.1 概述 8
1.2.2 碳纤维的结构与性能 9
1.2.3 聚丙烯腈碳纤维 10
1.2.4 碳纤维的表面处理 11
2 实验部分 15
2.1 实验原料及配方 15
2.1.1 实验原料 15
2.1.2 实验配方 15
2.2 实验设备及测试仪器 16
2.3 实验工艺过程 16
2.4 实验流程图 17
2.5 表征 17
2.5.1 不饱和聚酯固化过程温度变化 18
2.5.2 力学性能测试 18
2.5.3 碳纤维表面结构表征 18
3 实验结果与分析 19
3.1 不饱和聚酯树脂固化过程温度变化 19
3.2 碳纤维表面处理时间对复合材料力学性能的影响 19
3.3 碳纤维用量对复合材料性能的影响 24
3.4 SEM分析 27
4 结论 29
参考文献 30
致谢 32
等离子体是由带电粒子和中性粒子组成的表现出集体行为的一种准中性气体。等离子体共有三种，即高温等离子体、低温等离子体和混合等离子体。等离子体撞击材料表面时，可引起材料表层刻蚀，碳纤维表面的粗糙度增加，比表面积也相应增加。等离子体粒子的能量一般为几个到几十个电子伏特，这已足够引起材料中各种化学键发生断裂或重新组合，使表面发生自由基反应并引入含氧极性基团。另外，高能粒子能量向材料表层分子传递，表层分子被活化并产生活性点，使表面发生重排、激发、振荡、级联碰撞、引起缺陷或损伤等变化。同时材料表面温度升高，表面分子活动能力增强而发生分子重排。重排的结果就可能使碳纤维表面微晶晶格遭到破坏，从而微晶尺寸减小。
C.U.Pittman 等人对碳纤维用O2等离子和异丁烯等离子处理后发现，未处理M40（高模型）石墨纤维经10s等离子处理后，表面能的极性成分γps从5～8mJ/m2急剧增加到25mJ/m-2。延长处理时间并不导致γps明显增加。随着表面能极性成分γps的增加，结果水与碳纤维接触角在O2等离子处理后大大的下降了。碳纤维等离子处理方法[13]与其它纤维表面改性方法相比有许多优点[14]。在适当的处理条件下纤维强度下降不多，经等离子处理的纤维干燥、干净，这就免去了后处理与洗涤工序。但等离子体的产生需要一定的真空环境，从而设备复杂，给连续、稳定和长时间处理带来一定的困难。
（5）表面涂层改性法
表面涂层改性法的原理，是将某种聚合物涂覆在碳纤维表面，改变复合材料界面层的结构与性能，使界面极性等相适应以提高界面粘结强度，同时提供一个可消除界面内应力的可塑界面层。表面涂层法可以分为5种方法，分别为气相沉积处理法，表面电聚合法，偶联剂涂层法，聚合物涂层法，表面生成晶须法。
（6）气液双效法（GLBE）
气液双效法是指液相涂布后空气氧化，使碳纤维的拉伸强度和复合材料的层间剪切强度双双得到提高。液相涂层液为真溶液，溶质含量较低。在质量分数为1%以下，且溶质分子具有一定活性，可沉积在碳纤维表面孔隙等缺陷中，起到补强作用，有利于碳纤维拉伸强度的提高。同时，碳纤维表面薄薄的涂层在后续的空气氧化过程中保护其表面免受空气的直接氧化。空气氧化有两个作用，一是使涂层溶剂挥发，“固定”溶质于孔隙缺陷中或其表面；二是对残留下的溶质进行氧化，引入含氧官能团。
