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碳纤维的电化学表面改性及其表面结构演变
  • ISSN号:1671-4628
  • 期刊名称:北京化工大学学报(自然科学版)
  • 时间:2012.9.9
  • 页码:79-86
  • 分类:TB332[一般工业技术—材料科学与工程]
  • 作者机构:[1]北京化工大学材料科学与工程学院国家碳纤维工程技术研究中心,北京100029
  • 相关基金:国家自然科学基金(51073011)
  • 相关项目:单向电纺聚丙烯腈基纳米碳纤维形成中微观结构演变机制的研究
中文摘要:

采用电化学氧化法对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维进行表面改性,联用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS),表征了碳纤维表面物理化学结构。结合力学性能分析,评价了碳酸氢铵、氯化铵和硫酸铵三种电解质的改性效果,解释了碳纤维表面薄弱层产生的原因,分析了电化学改性碳纤维表面的机理。结果表明,在电化学改性过程中,碳纤维表面活性氧含量呈现梯形变化趋势,最高增幅达87.8%,而活性氮含量则不断增加直到饱和,可达到2倍增幅;相对于羧基等含氧基团,碳纤维复合材料(CFRP)层间剪切强度(ILSS)对胺基等含氮官能团更加敏感;当电解质中存在二价阴离子时,有利于减小碳纤维抗张强度的损失,甚至使其得到提高。

英文摘要:

Polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fibers (CFs) were continuously treated by an electrochemical oxidation method, and field emission scanning electron microscopy (FESEM) , Raman spectroscopy and X-ray photoe- lectron spectroscopy (XPS) were used to characterize the physical and chemical structure of the CF surface. The effects of NH4HCO3, NH4C1 and (NH4)2SO4 on the surface chemistry and physical structure of CFs were evalua- ted, and the presence of a weak surface layer and mechanisms of electrochemical surface treatment of CFs were also proposed. The results revealed that during the electrochemical treatment, the active oxygen content of the CF sur- face followed a trapezium trend with a maximum increase of 87.8% , and the active nitrogen content increased until saturation, at twice the initial value. The interlaminar shear strength (ILSS) of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) was more sensitive to the presence of nitrogen functional groups than to carboxyl or other oxygen functional groups. The presence of a divalent anion in the electrolyte resulted in a reduction in the loss of tensile strength of CFs, and could even give rise to an improvement in tensile strength.

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期刊信息
  • 《北京化工大学学报:自然科学版》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:教育部
  • 主办单位:北京化工大学
  • 主编:刘振宇
  • 地址:北京市北三环东路15号
  • 邮编:100029
  • 邮箱:bhxbzr@126.com
  • 电话:010-64434926
  • 国际标准刊号:ISSN:1671-4628
  • 国内统一刊号:ISSN:11-4755/TQ
  • 邮发代号:82-657
  • 获奖情况:
  • 1999年教育部优秀科技期刊二等奖,1997年第二届全国科技期刊评比三等奖,1995年全国重点高校自然科学学报二等奖,中国期刊方阵“双效”期刊,首届高校优秀科技期刊,全国石化行业优秀期刊一等奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国剑桥科学文摘,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:9420