SiC颗粒影响在碳纤维增强复合材料的力学性能.doc

SiC颗粒影响在碳纤维增强复合材料的力学性能工业设备结构分析的国家重点实验室，大连理工大学，大连，中国。文章历史:2016年12月27日收到，2017年4月3日接受修订，2017年4月5日2017年4月9日在线摘要为了提高短碳纤维增强复合材料的力学性能（scfrp）复合材料，sicnw通过原位合成的方法引入到scfrp复合材料。这是 发现sicnw在矩阵和对碳纤维表面生长。原位合成sicnw能有效加强scfrp复合材料和导致一个增强的力学性能 美国的sicnw不仅作为二次加固，但也增加了纤维基体界面结合面积和结合强度。关键词：碳纤维复合材料，复合材料的力学性能1简介短碳纤维增强聚合物基复合材料（scfrp）已被视为新一代工程材料由于其制作工艺简单，成本低，具有优良的化学能力1。然而，与金属等传统材料相比，scfrp复合材料通常表现出的力学性能较低，这将限制他们在广泛的应用 场2,3。直到现在，许多学者用不同的方法提高scfrp复合材料力学性能的努力4,10。特别是，纳米复合材料简介,如碳纳米管（CNTs）、纳米线和纳米颗粒，已成为增强scfrp复合材料力学性能的主要方法之一。在文献11 ，CNTs 用于增强酚醛树脂基复合材料。结果发现，碳纳米管可以提高力学性能对其内容相关矩阵。然而，在钠的引入 没有增强材料，其中一个挑战就是均匀地分散在复合材料的基体中。由于小尺寸和高的比表面能力。特别是基体中纳米增强材料的非均匀分布会产生结构缺陷，对力学性能有不利影响。 对复合材料12特性。考虑到这个问题，有必要开发一个介绍了纳米复合材料的新途径。在这项工作中，该sicnw均匀引入scfrp矩阵通过原位生长法。发现原位生长sicnw能有效加强scfrp复合材料和导致一个增强的力学性能。2 实验短碳纤维（C fiber）、酚醛树脂（PF），聚乙烯亚胺（PEI），硅（Si）和二氧化硅（SiO2）粉为原料。图1示出了支晶状物 为scfrp复合材料原位生长sicnw化过程。通过一个类似于文献13工艺制备的坯体。首先，短碳纤维分布通过一种新的胶体分散处理，在PF和PEI作为单体和交联剂，分别制坯体均匀分布 RT纤维与高开孔率。对于成长sicnw原位，坯体是由石墨网格支持放在硅和二氧化硅的混合粉末在1500，通过1小时蒸发 Si和SiO2之间的Si和反应提供的含硅气体，作为生长sicnw如图1所示的气体源。详细的生长过程及机理 SM可以在别处找到 14 。这个方法可制得多孔坯体的原位生长sicnw。在原位生长的sicnwwere酚醛溶液渗入多孔坯体。与原位生长sicnw密集scfrp复合材料制造（以后简称SCFRP SiCnw）如图1所示。同时，该scfrp复合材料原位生长sicnw制作作为参考（以下，简称scfrp）。图1所示。摘要针对现场生长的SCFRP复合材料的制作工艺进行了图解说明。3 结果与讨论图2显示scfrp和scfrp sicnw XRD图谱。扩大碳峰在两复合材料可能是由碳纤维和玻璃碳来自高温石墨化引起的低酚醛树脂裂解 15 。为scfrp，没有存在SiC峰，如图2所示（一），但三个高的衍射峰，SiC在scfrp sicnw清楚地观察到如图2所示（B）。这些山峰都有很好的匹配（111）、（220）和（311）的衍射平面SiC 14 。在场的SiC的峰可以归因于原位生长sicnw。图3显示了扫描电镜microgra sicnw原位生长的多孔坯体小通孔。很明显，大量的SiCnw是如图3所示的孔隙分布均匀（a）通过比较质量变化多孔坯体质量增加约8%。图3（b）表明，对热解炭颗粒位于毛孔内生长的sicnw。sicnw随机的 LY型并给出了非均匀直径。多孔坯体的制作过程中，一些纳米热解碳颗粒上形成了碳纤维表面。这些碳磷将比碳纤维更加活跃，碳纤维更容易与含硅的气态物质反应形成碳化硅物质，如图3（c）所示。与颗粒SiC、SiCnw C 一种生长在碳纤维的表面如图3所示（C）。图3（d）显示，EDS分析结果。SiCnw主要由Si和C这样的结果与XRD分析结果一致。表1总结了scfrp和scfrp sicnw性能。体积密度和材料的开孔率的测定采用阿基米德方法。力学性能测定的M 三点与0.5毫米/分钟的十字头速度和距离18毫米弯曲试验方法，分别。乌拉尔的scfrp sicnw弯曲强度（131.7 MPa）高于scfrp（105.2 MPa），EV 虽然它们的密度和孔隙度非常相似。这一结果表明，原位生长sicnw在提高复合材料的力学性能起到了重要的作用。典型的 l应力-应变曲线绘制在图4（a）中。对scfrp sicnw具有高刚度、应力-应变曲线（在曲线的线性区陡坡）和一个大的破坏应变。而弹性为9.2 GPa和6.3 GPa scfrp sicnw scfrp，分别。scfrp sicnw的应力-应变曲线下（1.72 106 Jm3）几乎是两倍的scfrp（0.90 106 Jm3 ），说明scfrp sicnw更好的承载能力。图4（B-D）显示scfrp sicnw断口的形貌测试后。从拔出的纤维，如图4（b），我 可以看到，sicnw是碳纤维和基体之间形成。sicnw生长在C纤维的表面能增加纤维基体的界面粘结面积和强度 gthening纤维与基体之间的界面结合。的纤维-基体界面脱粘过程中，该sicnw桥接可以在纤维基体界面产生牵引力。这样的牵引力会 避免界面脱粘，产生较高的载荷传递能力。另一方面，从分离界面的碳纤维拔出形成（图4（c），对sicnw拉出CA明显观察。图4（d）显示，sicnw嵌入基体中拔出。这些sicnw作为矩阵的二次加固。因此，可以有效地提高了sicnw 通过协同增强效应scfrp复合材料的力学性能。图2所示。x射线衍射模式:(a)SCFRP;(b)SCFRP-sicnw。图3所示。SEM显微图原位合成的多孔基体SiCnw:(a)的分布在毛孔SiCnw;(b)SiCnw热解碳颗粒生长;(c)高放大图像显示SiCnw增加碳纤维表面的感应SiC颗粒;(d)EDS SiCnw的结果。表1 SCFRP和SCFRP-sicnw的特性样品密度 g/cm3孔隙度 %弹性模量GPa弯曲强度MPaSCFRP0.7356.66.3 0.16105.2 1.7SCFRP-Sicnw0.7566.99.2 0.14131.7 1.8图4所示。(a)应力-应变曲线;(b)在C纤维和基质之间的桥接;(C)从基质中拉出和碳纤维(d)从基质中拔出来的缺陷。4 结论sicnw引入scfrp通过原位生长法复合材料力学性能的提高。微观结构表征发现，sicnw生长在基质上碳纤维表面。介绍sicnw能有效加强scfrp复合材料，导致增强的机械性能。改进的机械性能不仅属性分布式的sicnw次级增强效应的矩阵，而且增加的纤维基体的界面融合面积和融合强度。致谢这项工作得到了Research Fund的支持。中国高等教育博士研究基金（批准号：20130041110013），中国博士后科学基金（批准号：2016m600201）。引用1F. Rezaei, R. Yunus, N.A. Ibrahim, et al., Polym. Plast. Technol. 47 (2008) 351 357.2S.Y. Fu, B. Lauke, E. Mder, et al., Compos. Part. A. 31 (2000) 11171125.3D. Kada, A. Koubaa, G. Tabak, et al., Polym. Compos. DOI: 10.1002/pc.24093.4F. Li, Y. Hua, C.B. Qu, et al., Compos. Part. A. 89 (2016) 4755.5B. Wetzel, F. Haupert, M.Q. Zhang, Compos. Sci. Technol. 63 (2003) 20552067.6H. Zhang, Z. Zhang, C. Breidt, Compos. Sci. Technol. 64 (2004) 20212029.7C. Kaynak, O. Orgun, T. Tincer, Polym. Test. 24 (2005) 455462.8M.S. Vishkaei, M.A.M. Salleh, R. Yunus, J. Compos. Mater. 45 (2010) 18851891.9Z. Zhang, Y. Tan, Et al., J. Appl. Polym. Sci. 22 (2016) 110.10M.K. Yeh, N.H. Tai, Y.J. Lin, Compos. Part. A. 39 (2008) 677684.11M.K. Yeh, N.H. Tai, J.H. Liu, Carbon 44 (2006) 19.12N.H. Tai, M.K. Yeh, T.H. Peng, Compos. Part. B. 39 (2008) 92639932.13J.J. Sha, J. L