７６第４０卷，第４期
０１２工程塑料應用
ａｐｒ．２０１２
碳纖維布表面處理對酚醛樹脂複合材料力學陛能的影響素
田琳娜，崔善子
（長春工業大學化學工程學院，長春
１３００１２）
摘要：以碳纖維布（ｃｂ）為增強相，丁苯橡膠為增韌劑，酚醛樹脂（ｐｆ）為基體，通過模壓成型工藝制得了ｐｆ／ｃｂ
複合材料，研究了ｃｂ表面處理方式、丁苯橡膠含量及加工成型溫度對ｐｆ／ｃｂ複合材料的介面結合及力學效能的影響。結果表明，丙酮處理ｃｂ、氧化處理ｃｂ及加工成型溫度的提高都能改善纖維與基體的結合程度，提高介面結合力但氧化處理ｃｂ隨著加工成型溫度的提高，易斷裂，對複合材料的增強作用有所減弱。丁苯橡膠加入量為１２％時ｐｆ
的加工及衝擊效能為最佳。
關鍵詞：碳纖維布；酚醛樹脂；表面處理；複合材料；力學效能中圖分類號：ｔｑ３２７．３
文獻標識碼：ａ
文章編號
近年來，碳纖維（ｃｆ）增強酚醛樹脂（ｐｆ）基複合材料廣泛應用於醫療體育器材、航空航天等領域。ｃｆ作為增強相時，可分為短切ｃｆ、長ｃｆ和ｃｆ織物增強。李密丹等 ４ 分別利用短切ｃｆ、ｃｆ單絲增強ｐｆ樹脂，而有關ｃｆ織物增強ｐｆ的研究報道相對較少。
ｃｆ織物具有良好的鋪覆性，沿纖維方向變形小，比短切ｃｆ和長ｃｆ具有更高強度和韌性 。
六亞甲基四胺：天津市華東試劑廠。
１．２儀器及裝置
油壓千斤頂：ｑｙｌ５０ｄ型，常熟千斤頂廠；平板硫化機：ｈｄ－０１５型，合肥鍛壓工具機廠；
懸臂梁衝擊實驗機：ｘｊｕ－２２型，承德實驗機有限責任公司；
缺口制樣機：ｑｙｊ型，深圳市新三思材料檢測
筆者選用ｃｆ正交編織平紋布（ｃｂ）作為增強相，丁****；
微機控制電子萬能實驗機：ｒｇ型，深圳市瑞格苯橡膠為增韌劑，製備了ｐｆ／ｃｂ複合材料，研究了
ｃｂ的表面處理方式、加工成型溫度及丁苯橡膠含爾儀器****。
量對ｐｆ／ｃｂ複合材料力學效能的影響。１實驗部分１．１原材料
１．３試樣製備
（１）ｃｂ預浸料的製備
將ｃｂ浸漬在丙酮溶液中１５ｈ後烘乾，然後在５０％濃硫酸中浸泡１ｈ，經過蒸餾水洗滌，乾燥後備
用日本通產省「大學與產業攜手開發專案」
聯絡人：田琳娜，碩士，從事碳纖維增強樹脂基複合材料研究收稿日期
ｐｆ：安陽市殷都樹脂****；
ｃｂ：經向與緯向尺寸分別為ｔ３００—１０００和經緯密度為９根／９根／ｃｍ，市售；
丁苯橡膠：自製；
硬脂酸鈣：天津市科密歐化學試劑開發中心；
田琳娜，等：碳纖維布表面處理對酚醛樹脂複合材料力學效能的影響７７
（２）ｐｆ／ｃｂ複合材料的製備
將ｐｆ、丁苯橡膠、六亞甲基四胺、硬脂酸鈣按一定質量比在容器中混合均勻，將平板硫化機預熱至
一由圖１可看出，未處理的ｃｂ表面比較光滑，縱
向紋路較少，溝槽比較淺；丙酮處理的ｃｂ縱向紋路
有所增多，溝槽的深度有所增加，但表面仍比較光
滑；經過濃硫酸氧化處理的ｃｂ，可以明顯看出纖維
定溫度壓力設定為１０ ｍｐａ，
再把配製好的ｐｆ混合料倒人模具，其中分別加入未處理ｃｂ、丙酮處理ｃｂ和氧化處理ｃｂ。預熱５ ｍｉｎ，熱壓１０ ｍｉｎ，保壓１０ ｍｉｎ，壓制成ｃｂ／ｐｆ表面粗糙，且被濃硫酸氧化腐蝕，有大量凹坑產生，這有利於ｃｂ與基體很好的結合。
２．２ ｃｂ的表面處理方式對ｐｆ／ｃｂ複合材料力學
效能的影響
複合材料。
１．５效能測試
用未處理、丙酮處理和濃硫酸氧化處理的ｃｂ，
（１）衝擊效能
在的成型加工溫度下，分別制得不在懸臂梁衝擊試驗機上，採用ｖ型標準缺口
樣條，尺寸為按測試。
（２）彎曲效能
在微機控制電子萬能試驗機上，試樣尺寸為
進行三點彎曲試驗，彎曲
速度為實驗溫度為２３℃，按ｇｂ／ｔ
９３４１－２００８測試。２結果與討論
２．１ｃｂ的表面處理
ｃｆ增強複合材料通過介面層來傳遞應力 ｊ，所以介面層結合度的高低將直接影響複合材料的力學效能。由於ｃｆ在紡絲過程中以環氧樹脂為上膠劑，活性表面積小，與基體粘結不好，所以使用前需進行表面處理 。ｃｆ經丙酮溶液浸漬後，表面的膠、油
脂等雜質就會被除去；而用濃硫酸氧化處理ｃｂ，不僅可以除掉表面吸附的雜質，還可以增加纖維的比表面積，且表面活性官能團也會增加，從而增大介面結合力，增強複合材料的力學效能 ｊ。圖１是不同方式處理後ｃｂ表面的ｓｅｍ**。
一一（ｂ）
（ｃ）ａ一未處理ｃｂ ｉｂ一丙酮處理ｃｂ；ｃ一濃硫酸氧化處理ｃｂ
圖１不同方式處理ｃｂ表面的ｓｅｍ圖
同的ｐｆ／ｃｂ複合材料，並對其進行彎曲和衝擊效能測試，測試結果如圖２、圖３所示。
從圖２可以看出，丙酮處理和未處理ｃｂ增強
ｐｆ的彎曲強度都隨成型溫度的公升高而上公升，但在相
同成型溫度下，丙酮處理ｃｂ後，複合材料的彎曲強
度遠高於ｃｂ未處理時的彎曲強度。丙酮處理ｃｂ與氧化處理ｃｂ相比，在１５０～１５５℃時，氧化處理ｃｂ增強ｐｆ的彎曲強度略高。但隨著成型溫度的口瑩＼嘎組公升高，氧化處理ｃｂ增強ｐｆ的彎曲強度呈下降趨勢，８６４
２ｏ８６４
而丙酮處理ｃｂ增強ｐｆ的彎曲強度呈上公升趨勢。
在１５５～１７０℃時，丙酮處理ｃｂ增強ｐｆ的彎曲強度反而高於氧化處理ｃｂ增強ｐｆ，且兩者相差的程度也隨著成型溫度的公升高而逐步增大。圖２成型溫度對不同表面處理ｐｆ／ｃｂ複合材料彎曲強度的影響
從圖３可以看出，丙酮處理ｃｂ與未處理ｃｂ
增強ｐｆ相比較，在１５０～ｌ７０℃成型溫度範圍內，衝
擊強度曲線幾乎重合，都呈現先下降後上公升的趨勢。
氧化處理ｃｂ增強ｐｆ的衝擊強度隨著成型溫度的
上公升而下降，在１５０—１６０℃時，衝擊強度下降較緩慢；當上公升到１６０～１７０℃時，衝擊強度呈明顯下降狀態。
在１５０～１６５℃時，氧化處理ｃｂ增強ｐｆ的衝
擊強度高於未處理ｃｂ和丙酮處理ｃｂ增強ｐｆ的
衝擊強度；在１６５～１７０ｃｃ時，未處理ｃｂ和丙酮處
理ｃｂ增強ｐｆ的衝擊強度可能略高於氧化處理ｃｂ
田琳娜，等：碳纖維布表面處理對酚醛樹脂複合材料力學效能的影響７９
出加工成型溫度與ｐｆ／ｃｂ複合材料衝擊強度的關
面結合力。但ｃｂ經氧化後腐蝕致結構破壞，隨著系。
加工成型溫度的提高，易斷裂，對複合材料的增強作
用有所減弱。呂
●（２）丁苯橡膠的加入量控制在１２％時，ｐｆ的＼
加工成型性提高，衝擊效能也可得到明顯改善，且變
驥化較穩定。相量
參考文獻
［１］李密丹．短碳纖維增強酚醛樹脂基石墨複合材料力學效能［ｊ］．
北京印刷學院學報
［２］龍臥雲，丁曉坤，楊曉華，等．碳纖維增強樹脂基複合材料的效能
圖７加工成型溫度與ｐｆ／ｃｂ複合材料衝擊強度的關係
研究［ｊ］．理化檢驗一物理分冊從圖７可以看出，當丁苯橡膠含量為１２％時，［３］王彥明，王威強，李愛菊，等．碳纖維增強酚醛樹脂／石墨復合
ｐｆ的衝擊強度隨著加工成型溫度的提高呈線性增材料雙極板的低溫熱模壓試驗研究［ｊ］．材料科學與工程學報，
長。成型溫度每提高１０ｃｃ，衝擊強度提公升近一倍
當丁苯橡膠含量為２４％時，ｐｆ的衝擊強度卻隨著［４］李勁，李偉，範群，等．碳纖維單絲帶對酚醛樹脂基複合材料力學
成型溫度的提高先下降後上公升。
效能的增強作用［ｊ］．複合材料學報當成型溫度低於１５８ｃｃ左右時，丁苯橡膠含量
［５］李超，丘哲明，劉建超．碳布複合材料力學效能研究［ｊ］．纖維復
合材料為２４％的ｐｆ的衝擊強度要高於丁苯橡膠含量為
［６］霍奇金森．ｊｍ．先進纖維增強複合材料效能測試［ｍ］．北京：化
１２％的ｐｆ；當加工成型溫度高於１５８ｏｃ左右時，前
學工業出版社，２００５．
者的衝擊強度要小於後者。
［７］楊永崗，賀福，王茂章，等．碳纖維表面處理及其評價ｆｊ］．材料
綜上所述，將ｐｆ中丁苯橡膠加入量控制在
研究學報
１２％左右，衝擊效能就會得到明顯的改善，且變化［８］夏麗剛，李愛菊，陰強，等．碳纖維表面處理及其對碳纖維／樹脂
較穩定。
介面影響的研究［ｊ］．材料導報
［９］王雲英，孟江燕，陳學斌，等，複合材料用碳纖維的表面處理［ｊ］．
３結論表面技術
（１）加工成型溫度的提高、丙酮處理ｃｂ、氧化［１ｏ］王艷志，馬勤，馮輝霞．酚醛樹脂的復合改性研究進展［ｊ］．應
處理ｃｂ都能改善纖維與基體的結合程度，提高界
用化工２０１２年生物降解塑料將成行業熱點
這點，可再生原料的非生物降解塑料在未來幾年內，在生物
日本**、歐債危機、巨集觀調控等問題在２０１１年籠罩著塑料市場將成為越來越重要的兩大市場。
全球塑料市場，對塑料行業造成了莫大的衝擊。
與此同時，亞洲地區塑料產業正在發展，而我國和印度
對於２０１２年來說，大宗商品可能會在一系列挫折中前正在對泰國等塑料產業發達的國家發起挑戰。如今塑料制行，迎來關鍵性的一年。生物降解塑料的環保優勢突出，德品對環境造成的影響正受到關注。
環保人士與塑料產業主國、法國、義大利、西班牙等歐盟國家開始對降解塑料區別徵管都認為，塑料產業今後需要採用更多的生物塑料來生產更稅或強制使用，澳洲、亞洲、美洲等國家和地區也逐步推廣。多的塑料製品。
（慧聰塑料網）
國內廣州、珠海、雲南也開始推動使用，預計政策將推動未來２０１１年中國日用塑料行業利潤總額逾８１億元
５年全球三大生物降解塑料需求年均增速將保持３０％左右。
２０１１年末，我國日用塑料製造工業企業達１７３２家，行
據調查報告稱，預計到２０１８年，全球生物塑料市場將實業總資產達９０７．６億元，同比增長１６．０９％。資料顯示：２０１１現１７．８％的年均增幅，銷售額將達到２８億美元。
歐洲是目年，我國規模以上日用塑料製造工業企業實現主營業務收入前全球最大的生物塑料市場。
達１７６４．５億元，同比增長２３．９５％；實現利潤總額達８１．１億在２０１０年需求最大的是澱粉基塑料，其次是聚乳酸。
元，同比增長２６．６３％。
在２０１０年全球生物塑料需求總量中，生物降解塑料約佔２０１１年１１２月，全國日用塑料製品的產量達但據調查稱，到２０１８年，非生物降解生物塑料佔生物萬ｔ，同比增長５．２６％。從各省市的產量來看，廣東省日用塑塑料市場的比例將超過４７％。
料製品的產量達１２９．９萬ｔ，同比增長１１．３２％，佔全國總產量
迄今為止，生物降解塑料繼續佔據生物塑料市場的主導的２８．３４％。緊隨其後的是浙江、江蘇和山東，分別佔總產量地位，然而，技術發展和產品創新將要改變這種趨勢。基於
的和７．６７％。
（工程塑料網）
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