检索结果-南通市图书馆

cf/pa6复合材料与AA6061-T4铝合金的硅烷处理及粘接技术研究

维普期刊数据库

同方期刊数据库评论

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

Cf/PA6复合材料与AA6061-T4铝合金的硅烷处理及粘接技术研究

作者：郭一民郑州大学

学位级别：硕士

本课题作为郑州大学-美国通用汽车公司联合基金项目“Adhesive Bonding of Similar and Dissimilar Materials”的重点研究内容,针对碳纤维增强尼龙复合材料难于粘接的技术难题,以C/pa6复合材料为研究对象,重点研究C/pa6复合材料与AA606... 详细信息

本课题作为郑州大学-美国通用汽车公司联合基金项目“Adhesive Bonding of Similar and Dissimilar Materials”的重点研究内容,针对碳纤维增强尼龙复合材料难于粘接的技术难题,以C/pa6复合材料为研究对象,重点研究C/pa6复合材料与AA6061-T4铝合金的硅烷处理技术、C/pa6复合材料与AA6061-T4铝合金的同质和异质材料粘接技术。采用SEM和XPS技术分析了硅烷涂层的微观组织和成分。通过测量硅烷处理的单搭接粘接接头在室温、高温(82℃)以及退化条件下的强度,分析了硅烷处理对接头的室温和高温(82℃)强度的影响,以及硅烷处理对接头在热循环(82℃-室温)和湿热环境暴露(54℃热水)条件下的持久性影响。取得如下研究成果:体积分数为6%的KH550和KH560硅烷溶液的电阻值均随着水解时间的延长而逐渐下降并趋于平稳。水解温度越高,相同水解时间条件下的溶液电阻值越小。两种硅烷的最佳水解温度为70℃,最佳水解时间为水解6min以上。当KH550硅烷溶液的pH值为5,KH560硅烷溶液的pH值为6时,处理效果最佳。KH550/KH560硅烷处理后的C/pa6与AA6061-T4材料表面形成了结构致密、厚度均匀的硅烷涂层,表面粗糙度降低,表面能下降。C/pa6与AA6061-T4的最佳硅烷处理时间分别为10min和2min。XPS分析表明,C/pa6表面硅烷涂层中存在有Si-N共价键和Si-O-Si共价键,AA6061-T4表面硅烷涂层中存在Al-O-Si共价键和Si-O-Si共价键。砂纸打磨后进行硅烷处理增加了C/pa6表面硅烷涂层中的N原子数量和Si-N共价键数目。KH550和KH560硅烷处理均可以增加C/pa6-C/pa6和C/pa6-AA6061-T4粘接接头的强度,但KH560硅烷处理对粘接性能的改善更有效。和未进行硅烷处理的接头相比,KH560硅烷处理后的C/pa6-C/pa6粘接接头和C/pa6-AA6061-T4粘接接头的强度分别提高了23%和21%。原因在于C/pa6和AA6061-T4表面涂层中形成的Si-N、Al-O-Si、Si-O-Si共价键不仅增加了硅烷涂层与粘接材料(C/pa6或AA6061-T4板材)表面的粘附力,同时增加了硅烷涂层与粘接剂之间的分子间相互作用,两者均有利于粘接材料的粘接性能的改善。砂纸打磨提升了KH560硅烷处理对C/pa6粘接性能的改善效果。仅进行砂纸打磨就可以使C/pa6-C/pa6粘接接头的强度接近未打磨而进行硅烷处理的粘接接头强度(达到7.6Mpa);砂纸打磨后进行KH560硅烷处理,C/pa6-C/pa6粘接接头的强度达到了9.32Mpa,C/pa6-AA6061-T4粘接接头的强度达到了12.6Mpa,与仅进行无水乙醇清洗的粘接接头相比,两种接头的强度分别提升了48%和34%。原因在于打磨处理增加了硅烷涂层中N元素的含量以及Si-N共价键的数量,从而使硅烷涂层与C/pa6表面的结合力增强。尽管所有粘接接头的强度在82℃高温、82℃高温-室温热循环和54℃的水中热暴露一周的条件下分别下降了23-29%、30%和50%,但硅烷处理改善了接头的高温性能,打磨处理后再进行KH560硅烷处理具有最好的改善效果。打磨后进行硅烷处理的C/pa6-C/pa6和C/pa6-AA6061-T4粘接接头,在82℃条件下的接头强度较未打磨的接头强度分别提高了22-24%和21%;在82℃高温-室温热循环后的室温强度较未打磨的接头强度分别提高了约47%和41%;在54℃的水中热暴露一周后的接头强度较未打磨的接头强度分别提高了约25%和19%。因此,提升粘接性能的最佳工艺是使用砂纸打磨后进行KH560硅烷处理。

关键词： cf/pa6复合材料表面处理硅烷涂层 XPS分析粘接性能高温和湿热环境暴露接头强度的环境退化抗力

30%cf/pa6复合材料的超声波焊-铆复合连接工艺研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

30%Cf/PA6复合材料的超声波焊-铆复合连接工艺研究

作者：张国涛郑州大学

学位级别：硕士

碳纤维增强高分子复合材料(cfRP)由于低的密度、高的比强度和热稳定性等特点,广泛应用于汽车行业。传统超声波焊接接头的剪切强度高而剥离强度低,因此存在较大的安全隐患。因此,为了协同改善超声波焊接接头的剪切和剥离强度,本研究以30%... 详细信息

碳纤维增强高分子复合材料(cfRP)由于低的密度、高的比强度和热稳定性等特点,广泛应用于汽车行业。传统超声波焊接接头的剪切强度高而剥离强度低,因此存在较大的安全隐患。因此,为了协同改善超声波焊接接头的剪切和剥离强度,本研究以30%C/pa6复合材料为研究对象,开发了一种新型凸缘铆钉,制备了30%C/pa6复合材料的超声波焊-铆复合连接接头,研究了焊-铆接头的宏观形貌、截面组织、失效形式、剪切强度、剥离强度以及偶对腐蚀抗力,并分析了焊-铆接头的焊接机制和力学性能的改善机制。取得如下研究结果:超声波焊-铆复合连接的过程由库伦摩擦、铆钉铆入上板和下板、焊合面材料熔化和凝固五个阶段组成。所制备凸缘铆钉的沟槽有效阻止了接头焊合面熔化材料的溢出,促进了铆钉与铆接板材间的机械互锁和铆钉周围焊核的形成,因此改善了焊-铆接头的剪切强度、剥离强度和吸能性能。相对于剪切强度,其对剥离强度的改善效果更显著。其最佳焊接参数为2.5s焊接时间和0.38Mpa焊接压力。采用最佳焊铆参数下制备的焊-铆接头的剪切强度和剥离强度较超声波焊接头分别提高了29.9%和39.2%,同时接头的能量吸收能力在剪切载荷作用下提高了87.2%,在剥离载荷作用下提高了244.6%。焊-铆接头的强度的改善缘于焊合面上铆钉周围形成的焊核以及铆钉与铆接板材间的机械互锁的综合作用。铆钉形状对超声波焊-铆接头性能具有显著的影响,尾部凸缘厚度和缺口是铆钉形状影响接头性能的两个主要因素。尾部凸缘厚度越厚,焊-铆接头的剪切和剥离强度越高,尾部凸缘缺口增加了焊-铆接头的剪切强度但不利于剥离强度的改善。双凸缘尾部有缺口型铆钉既能够实现焊-铆接头的剪切强度和剥离强度的协同改善,是一种改善超声波焊接接头性能的新型铆钉。铝阳极保护铆钉可以改善铆接接头和焊-铆接头的偶对腐蚀抗力,改善机理是铝阳极的优先腐蚀。对铆接接头,铆钉表面最少缠绕3%铆钉重量的铝丝才可以达到理想的保护效果。对焊-铆接头,尽管铝丝阳极保护的焊-铆接头在盐水浸泡1-3周内表现出较普通焊-铆接头高的腐蚀抗力,但第四周严重的接头强度和吸能性能的下降说明该种方法存在有一定的局限性,因此有必要进一步改进。

关键词： cf/pa6复合材料凸缘铆钉超声波焊-铆复合连接接头接头形状剪切和剥离强度电偶腐蚀抗力

聚酰胺上浆剂增强cf/pa6复合材料界面性能的研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

聚酰胺上浆剂增强CF/PA6复合材料界面性能的研究

湿热环境下cf/pa6复合材料力学性能退化及损伤破坏行为研究

中国化学会2017全国高分子学术论文报告会

作者：鲁佳腾颜春刘东陈来吴晓飞祝颖丹中国科学院宁波材料技术与工程研究所上海大学材料科学与工程学院

采用聚酰胺上浆剂对碳纤维表面进行上浆处理,考察聚酰胺上浆对cf/pa6复合材料的界面性能和层间剪切性能的影响。研究发现,聚酰胺上浆碳纤维后cf/pa6复合材料的界面剪切强度（IFSS）和层间剪切强度（ILSS）均有显著提高,相比采用东丽T70... 详细信息

采用聚酰胺上浆剂对碳纤维表面进行上浆处理,考察聚酰胺上浆对cf/pa6复合材料的界面性能和层间剪切性能的影响。研究发现,聚酰胺上浆碳纤维后cf/pa6复合材料的界面剪切强度（IFSS）和层间剪切强度（ILSS）均有显著提高,相比采用东丽T700制备的cf/pa6复合材料的IFSS提高了32.7%,ILSS提高了160%。通过扫描电子显微镜（SEM）分析了cf/pa6复合材料微滴脱粘后碳纤维的微观形貌。发现聚酰胺上浆剂上浆后的碳纤维表面残留了大量且致密的树脂碎片,表明聚酰胺上浆剂可以有效提高pa6树脂与cf表面的相容性及cf/pa6复合材料的界面粘接性能。

关键词：聚酰胺上浆剂 cf/pa6复合材料界面剪切性能层间剪切性能

来源： cnki会议评论

在线全文

cnki会议

学校读者我要写书评

暂无评论

湿热环境下CF/PA6复合材料力学性能退化及损伤破坏行为研究

作者：黄书峰太原理工大学

学位级别：硕士

碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced ***)的广泛应用,对其力学行为和性能的准确预测的要求日渐提高。开展湿热环境对复合材料性能影响的研究有重要的学术意义和工程价值。本文以研究湿热环境下碳纤维增强尼龙6复合材料(cf/pa6... 详细信息

碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced ***)的广泛应用,对其力学行为和性能的准确预测的要求日渐提高。开展湿热环境对复合材料性能影响的研究有重要的学术意义和工程价值。本文以研究湿热环境下碳纤维增强尼龙6复合材料(cf/pa6)的力学性能退化和损伤破坏行为为目标,分析其湿热老化前后性能下降幅度与规律,通过傅里叶红外光谱分析(Fourier Transform infrared spectroscopy,FTIR)和动态热机械分析(Dynamic Mechanical Analysis,DMA),激光共聚焦显微镜(Laser Scanning Confocal Microscopy,LSCM)等表征手段分析湿热处理前后材料的老化机理;通过湿热老化前后对比试验分别研究湿热老化对cf/pa6复合材料静态力学性能,动态压缩力学性能及拉-拉疲劳性能的影响,并通过扫描电子显微镜(Search Engine Marketing,SEM)微观表征分析湿热老化对其破坏模式的影响,研究结果为了解湿热环境对复合材料性能影响提供有益参考。主要内容如下:(1)通过硫化机热模压工艺制备了cf/pa6复合材料层合板和纯pa6树脂板、并分别研究两种不同材料的吸湿性行为及吸湿后物化性能变化。通过吸湿试验发现,在一定的温度范围内,温度越高,cf/pa6复合材料和pa6复合材料的吸湿率和达到饱和吸湿的速率越大;cf/pa6复合材料吸湿符合FICK吸湿规律;通过FTIR和DMA表征发现,吸湿过程主要发生物理反应而非化学变化,通过LSCM发现湿热老化后,材料内部出现了不同程度的损伤。(2)湿热老化前后cf/pa6复合材料的静态力学性能退化及损伤破坏模式研究。研究表明,湿热环境对基体和界面影响较大,受界面和基体主导的90°方向力学性能,如90°拉伸强度/模量,弯曲强度/模量,90°压缩强度/模量和层间剪切强度,在湿热老化后性能衰减较为严重,纤维主导的0°方向的力学性能,如0°拉伸模量影响很小,0°拉伸强度、0°压缩模量/强度的影响较小,性能的衰减与材料吸湿率具有较高的正相关性。湿热老化前后,材料的破坏模式未发生明显改变。(3)湿热老化前后cf/pa6复合材料的动态力学性能退化及损伤破坏模式研究。本章使用SHPB装置开展了cf/pa6复合材料的动态压缩试验,研究表明,材料的动态压缩强度0°>[0°/90°]>90°,且在不同的纤维取向下,均有明显的应变率强化效应,应变率强化效应提升大小0°>[0°/90°]>90°,湿热老化后材料的动态压缩强度得到提升,湿热老化前后,动态压缩试样的冲击破坏过程与破坏模式未发生较大改变。(4)湿热老化前后cf/pa6复合材料的疲劳力学性能退化及损伤破坏模式研究。结果表明,cf/pa6具有较好的疲劳性能,在未经湿热老化处理之前疲劳极限位于65%UTS至70%UTS之间,即使湿热老化后,疲劳极限仍在60%至65%之间。通过对比湿热老化前后的S-N曲线可以得知,湿热老化前后疲劳寿命曲线具有相似的斜率,湿热老化未改变材料的疲劳寿命累积折减规律和渐进损伤破坏模式,疲劳损伤过程均呈现快-慢-快的三阶段退化。

关键词： cf/pa6复合材料湿热环境静态力学性能动态力学性能疲劳力学性能

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

尼龙6用碳纤维上浆剂的制备与应用

尼龙6用碳纤维上浆剂的制备与应用

作者：肖诚俊贵州大学

学位级别：硕士

碳纤维增强尼龙6(cf/pa6)复合材料具有相对密度小、比强度大、比模量高等特点,在航空航天、交通运输、防腐设备、体育器材等领域得到广泛应用。但cf表面光滑且呈化学惰性,导致cf/pa6复合材料界面粘接性能差而限制其应用范围。因此,通过... 详细信息

碳纤维增强尼龙6(cf/pa6)复合材料具有相对密度小、比强度大、比模量高等特点,在航空航天、交通运输、防腐设备、体育器材等领域得到广泛应用。但cf表面光滑且呈化学惰性,导致cf/pa6复合材料界面粘接性能差而限制其应用范围。因此,通过在纤维表面涂覆含活性官能团的上浆剂,增强cf与pa6的界面强度,提高cf/pa6复合材料的力学性能。本文通过三乙烯四胺(TETA)、双酚A二缩水甘油醚(BADGE)、丁基缩水甘油醚(BGE)等合成两端亲水、中间亲油的环氧树脂乳化剂,研究乳化剂的最佳合成工艺。制备乳化剂与环氧树脂复配的上浆剂,探讨上浆剂对cf以及cf/pa6复合材料性能的影响,并阐述其作用机理,主要结论如下:(1)环氧转换率可衡量乳化剂合成的反应程度。在反应温度T=50℃、TETA浓度C=1.5mol/L、BADGE浓度C=2.5mol/L、反应物摩尔比m :m =1.5:1时,环氧转换率达到最大52.5%,为乳化剂最佳合成工艺条件;通过机械稳定性和粒径分布测试表明:乳化剂与E-44、M-4101H和MF-3102L制备的上浆剂的最佳质量比为S1(1.5:1)、S2(3.5:1)和S3(3.0:1),平均粒径分别为0.360μm、0.272μm和0.264μm,符合上浆剂粒径介于0.2-0.5μm的标准。热重分析(TG)测试表明制备的上浆剂S1、S2和S3的初始分解温度均大于300℃,具备良好的热稳定性。(2)利用丙酮乙醇溶液洗涤上浆剂改性纤维得到的S1cf、S2cf、S3cf,质量损失率较小,分别为1.45%、6.70%、1.64%;扫描电镜(SEM)观察S1cf、S2cf、S3cf表面形貌没有明显变化,表明上浆剂与纤维的“cf-界面相”界面粘接性好。TG测试S1cf、S2cf、S3cf初始分解温度在300℃以上,热稳定性能较好;原子力显微镜(AFM)表征S1cf、S2cf、S3cf表面粗糙度分别为75.3 nm、83.5 nm、98.8 nm,与原丝纤维(Rcf)相比均有提高,S3cf最大提高了67.7%;拉曼(Raman)测试说明上浆剂成功涂覆于纤维表面并填充表面缺陷区域,增大无序度和粗糙度;傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和X-射线光电子能谱(XPS)分析纤维表面存在-O-、环氧、-OH等活性基团,S1cf、S2cf、S3cf表面的润湿性能相比于Rcf分别提高8.07%、6.61%、8.69%,单丝拉伸强度也均有提高且S3cf最好。(3)cf与pa6界面粘接性是影响cf/pa6复合材料力学性能的重要因素。动态热机械性能(DMA)测试表明,S1cf/pa6、S2cf/pa6、S3cf/pa6与pa6、Dcf(去浆)/pa6、Rcf/pa6相比储能模量大,玻璃化转变温度(T)高,损耗模量、损耗因子(tanδ)小,S1cf、S2cf、S3cf与pa6的界面粘接性增强。流变行为测试表明S1cf/pa6、S2cf/pa6、S3cf/pa6的复数粘度(η*)均比pa6、Rcf/pa6、Dcf/pa6的大,对pa6分子链的解缠阻碍更大,增稠效果明显,与pa6的界面粘接性能较好;力学性能均比pa6、Rcf/pa6、Dcf/pa6的优异,其中S3cf/pa6的最好。(4)cf/pa6复合材料界面作用机理:通过上浆剂改性cf,在纤维表面引入-O-、环氧、-OH等活性基团,构筑不易脱落的界面相,与pa6间通过范德华力、分子链的相互扩散与缠绕粘接。上浆剂的环氧基团与pa6的-NHCO-反应产生化学键,进一步促进cf与pa6的界面粘接,形成良好的“界面相-pa6”界面,界面相在复合材料中起着“桥链”作用,增强cf/pa6复合材料的界面粘接性,提高cf/pa6复合材料的力学性能。

关键词：碳纤维上浆改性 cf/pa6复合材料界面

氨基官能化碳纤维增强尼龙6复合材料的性能研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

氨基官能化碳纤维增强尼龙6复合材料的性能研究

作者：战奕凯贵州大学

学位级别：硕士

碳纤维(cf)具有强度大,耐热性,耐腐蚀性等特性,被认为是纤维材料发展史上的一个重要里程碑。但由于纺丝工艺生产的cf活性氮(N)、氧(O)官能团含量低,表面粗糙度低,不易与基体结合,导致cf与pa6基体的界面强度差,复合材料的性能降低。为了... 详细信息

碳纤维(cf)具有强度大,耐热性,耐腐蚀性等特性,被认为是纤维材料发展史上的一个重要里程碑。但由于纺丝工艺生产的cf活性氮(N)、氧(O)官能团含量低,表面粗糙度低,不易与基体结合,导致cf与pa6基体的界面强度差,复合材料的性能降低。为了拓展cf/pa6复合材料的应用领域,cf表面改性有着深远的意义。cf表面改性的方法多种多样,但是均存在对cf力学强度损伤大,表面附着力低、润湿性差等缺点,氨基官能化接枝改性的方法可以引入活性的氨基等官能团,有效的弥补cf表面缺陷,提高cf表面润湿性,增强cf与pa6基体的相容性,从而提高cf/pa6复合材料的性能。本文采用预处理的方法在碳纤维(cf)表面引入羧基,再使用化学接枝法使其与具有不同氨基数量的二乙烯三胺(DETA)、单体四乙烯五胺(TEpa)和多胺大分子聚合物多乙烯多胺(PEpa)发生脱水缩合反应,探索氨基数量对cf性能的影响,并制备cf/pa6复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Ramam)、热重分析(TG)、层间剪切强度(ILSS)、偏光显微镜、傅里叶红外光谱(FTIR)、单丝拉伸强度测试、拉伸强度、弯曲强度、冲击强度测试以及耐湿热性能测试等分析方法对不同的改性cf及cf/pa6复合材料进行系统地分析,结论如下:1、SEM观察到在90℃,4h时,DETA接枝到cf表面附着的颗粒状接枝物分布密集且最多,单丝拉伸强度达到4.62Gpa;红外光谱分析表明在3270cm和1540cm处N-H、1450 cm处C-N等特征峰出现。TG表征结果表明,当升温至600℃时,DETA接枝cf(cf-g-DETA)的质量损失为8.4%,这也证实了DETA接枝到cf表面,最佳改性条件为90℃,4h。拉曼光谱分析表明,cf-g-DETA较去浆cf(D-cf)的拉曼R值提高了42.9%。XPS分析cf-g-DETA的O/C和N/C比D-cf提升了23.31%和17.07%。进一步佐证了在90℃,4h,cf表面进行了DETA接枝改性。2、在90℃、4h时,利用不同氨基官能团DETA、TEpa和PEpa接枝到cf表面。红外光谱分析,三种氨基官能团在3270cm和1540cm处N-H、1450 cm处C-N和1650cm处O-C-O等特征峰均出现表明不同氨基官能团均接枝到cf表面。AFM观察不同氨基官能化接枝改性cf的表面粗糙程度均有明显增加,PEpa接枝cf(cf-g-PEpa)的粗糙度最大,达到83.2nm。偏光显微镜观察cf-g-PEpa的接触角最小为45°,TEpa接枝cf(cf-g-TEpa)次之为57°。XPS表明cf-g-PEpa的N元素含量最高达到18.92%。力学性能测试表明其平均单丝拉伸强度最大为5.01Gpa,证明氨基官能团数量越多,弥补cf表面损伤效果越好,cf力学性能最好,cf-g-PEpa最优。3、采用不同的氨基官能化接枝改性cf/pa6制备复合材料。SEM观察到随着氨基官能团数量增加,cf-g-DETA/pa6、cf-g-TEpa/pa6、cf-g-PEpa/pa6复合材料中cf与基体pa6界面结合更为紧密,cf-g-PEpa/pa6复合材料两相之间没有缝隙和裂纹,界面粘附最好。cf-g-PEpa/pa6复合材料层间剪切强度(ILSS)最大,达到58.6Mpa。三种复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度与D-cf/pa6相比均有所提升,cf-g-PEpa/pa6复合材料的最佳,分别达到125.6Mpa,208.6Mpa和70.6 KJ/m;cf-g-PEpa/pa6复合材料的吸湿率最小为6.22%,与D-cf/pa6相比下降30.4%。证实氨基官能团的引入可以提高复合材料的综合性能,且氨基官能团数量的增加,复合材料的界面相容性提高,综合性能提高,cf-g-PEpa/pa6最优。

关键词：碳纤维接枝改性多胺 cf/pa6复合材料性能