Page 57 - 《橡塑技术与装备》2019年2期（1月下半月塑料版）
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测试与分析                                         杨高峰·聚酰亚胺 / 滑石粉 / 碳纤维复合薄膜的界面性能研究





                     聚酰亚胺 / 滑石粉 / 碳纤维复合薄膜的


                                                界面性能研究


                                                            杨高峰
                                           ( 榆林化工能源学院，陕西  榆林  718100)


                       摘要 ： 根据碳纤维表面性质和稀土元素独特的物理化学特性，采用稀土溶液 (RES) 表面改性方法对碳纤维进行表面改性处理，
                     以改善聚酰亚胺 / 滑石粉 / 碳纤维 (PI/talc/CF) 复合材料的界面结合性能，从而有效地提高 PI/talc/CF 复合材料的力学性能。采用
                     RES 改性方法对碳纤维进行表面改性处理，制备出具有不同界面的 PI/talc/CF 复合材料。以 PMDA-ODA 型聚酰亚胺为研究对象，
                     在制备的聚酰胺酸中加入不同量的滑石粉和不同 RES 浓度处理过的碳纤维这两者的混合物，通过 5℃ /min 匀速升温工艺得到聚
                     酰亚胺 / 滑石粉碳纤维复合薄膜。对制备的复合薄膜进行各种性能测试和结构表征。研究发现，经过 RES 处理过的碳纤维和滑石
                     粉可以诱导聚酰亚胺分子围绕其结晶，碳纤维和聚酰亚胺之间界面结合良好。RES  表面处理提高碳纤维与 PI 基体之间的界面结
                     合性能，其中 RES 浓度为 0.3wt% 的改性处理方法最有效，拉伸强度提高了 9.5%。
                       关键词 ： 表面改性 ；界面结合 ；结构表征 ；结晶性能 ；力学性能
                       中图分类号 ： TQ323.7  TQ327.3                         文章编号 ： 1009-797X(2019)02-0043-10
                       文献标识码 ： B                                       DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2019.02.008




                    目前，对聚酰亚胺改性的研究主要集中在以下几                         目的。故本文通过稀土溶液 (RES) 对碳纤维进行处
                个方面 ：①合成方法的改性。②结构改性，主要是在                          理，采用不同 RES 浓度对碳纤维进行表面改性，再将
                聚酰亚胺主链引入硅、氟等柔性结构单元 ；在侧链上                          一定量的碳纤维和滑石粉添加到聚酰胺酸中并制成膜，
                引入功能型侧基 ；引入扭曲和非平面结构。③复合改                          得到聚酰亚胺 / 滑石粉 / 碳纤维复合薄膜。通过控制
                性，包括聚酰亚胺与其他高分子材料的复合和聚酰亚                           RES 的浓度，来研究对其聚集态结构和力学性能的影
                胺与无机材料的复合两部分。无机物具有高强度、高                           响。
                刚性、高硬度而适于作为结构材料，无机物和聚酰亚
                胺复合，可降低聚酰亚胺的热膨胀系数，提高物理机                           1 实验部分
                械性能，改善成型加工性。随着有机 - 无机填料复合                         1.1 主要实验原料及试剂
                材料的研究热潮，聚酰亚胺 / 碳纤维复合材料已经成                             均苯四羧酸二元酐，分析纯，常州第二化学试剂
                为人们的一个研究热。                                        公司； 4,4- 二氨基二苯醚，分析纯，南京天庆试剂公司；
                    对于纤维增强热塑性  PI  复合材料来说，PI  基体                  N- 甲基吡咯烷酮，化学纯，国药集团化学试剂公司 ；
                本身缺乏可反应的活性官能团，很难与纤维产生良好                           碳纤维，工业级，西安航天复合材料研究所有限公司；
                化学键结合，因而界面结合的问题就显得更为重要。                           三氯化镧，化学纯，包头稀土研究院有限公司。
                复合材料一般是由增强相、基体相和它们的中间相（界                          1.2 主要实验设备及仪器
                面相）组成，各自都有其独特的结构、性能与作用，                               主要实验设备见表 1。
                增强相主要起承载作用 ；基体相主要起连接增强相和                          1.3 碳纤维的表面处理
                传载作用 ；界面是复合材料极为重要的微观结构，是                              首先，取适量的碳纤维在丙酮溶液中清洗，目的
                增强相和基体相连接的桥梁，同时影响应力的传递，                           是为了去掉碳纤维表面污垢，然后再用无水乙醇冲洗
                对复合材料的物理机械性能有重要的影响。                               干净，将清洗好的碳纤维在常温烘箱中烘干备用。
                    目前，常用的碳纤维表面处理方法，都是在表面                             配置不同浓度的稀土溶液，稀土含量分别为  0.1、
                发生一系列物理、化学反应，增加其表面形态的复杂
                                                                     作者简介 ：杨高峰 (1980-)，男，硕士研究生，讲师。现
                化和极性基团的含量，从而提高碳纤维与基体树脂的                           从事复合材料研究工作。
                界面性能，以实现提高复合材料整体力学性能为最终                              收稿日期 ：2018-05-10


                2019     第   45 卷                                                                      ·43·
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