基于聚多巴胺的碳纖維表面改性及其對(duì)環(huán)氧復(fù)合材料界面粘結(jié)性能的影響

基于聚多巴胺的碳纖維表面改性及其對(duì)環(huán)氧復(fù)合材料界面粘結(jié)性能的影響基于聚多巴胺的碳纖維表面改性及其對(duì)環(huán)氧復(fù)合材料界面粘結(jié)性能的影響

摘要：近年來，碳纖維復(fù)合材料在航空航天、汽車、體育器材等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的界面粘結(jié)性能仍然存在一些挑戰(zhàn)，限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。本研究在碳纖維表面引入聚多巴胺修飾層，通過表面改性的手段改善碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的界面粘結(jié)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚多巴胺修飾層的引入顯著提高了碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度和界面剪切強(qiáng)度。此外，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，我們還發(fā)現(xiàn)聚多巴胺修飾層的引入可以優(yōu)化碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的表面形貌，提高其持久濕敏性能和耐熱性能。因此，聚多巴胺修飾層在碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的界面改性中具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：碳纖維；環(huán)氧復(fù)合材料；表面改性；聚多巴胺；界面粘結(jié)性能

1.引言

碳纖維復(fù)合材料由具有高強(qiáng)度和高模量的碳纖維和環(huán)氧樹脂基體組成，具有質(zhì)輕、高耐久、高剛度和良好的耐熱性能等優(yōu)點(diǎn)。由于這些優(yōu)良性能，碳纖維復(fù)合材料在航空航天、汽車、體育器材等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，由于碳纖維和環(huán)氧基體之間的界面接觸不良，導(dǎo)致界面粘結(jié)性能較低，限制了碳纖維復(fù)合材料的進(jìn)一步應(yīng)用。

2.碳纖維表面改性方法

為了提高碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的界面粘結(jié)性能，可以通過表面改性的手段來改善碳纖維表面的接觸性能。聚多巴胺作為一種多功能胺化合物，具有很強(qiáng)的粘結(jié)性能，被廣泛用于表面修飾。將聚多巴胺引入碳纖維表面可以形成一層均勻、致密的修飾層，從而提高碳纖維表面的濕附性能和環(huán)氧樹脂與碳纖維間的相容性。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

（1）制備聚多巴胺修飾層：將碳纖維在堿性介質(zhì)中進(jìn)行表面處理，然后將其浸泡在含有聚多巴胺溶液中，利用聚合反應(yīng)后形成聚多巴胺修飾層。

（2）制備碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料：將聚多巴胺修飾層的碳纖維與環(huán)氧樹脂進(jìn)行混合、浸漬、固化等步驟，最終制備出碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料。

4.結(jié)果與討論

（1）界面粘結(jié)性能測(cè)試：采用拉伸強(qiáng)度測(cè)試和剪切強(qiáng)度測(cè)試分別評(píng)估碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度和界面剪切強(qiáng)度。結(jié)果顯示，經(jīng)過聚多巴胺修飾層處理后的碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的界面粘結(jié)性能顯著提高。

（2）表面形貌分析：通過掃描電子顯微鏡觀察和比較，發(fā)現(xiàn)聚多巴胺修飾層的引入可以改善碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的表面形貌，使其更加光滑、均勻。

（3）持久濕敏性能測(cè)試：通過長(zhǎng)時(shí)間水浸實(shí)驗(yàn)，比較了未經(jīng)處理的碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料和經(jīng)過聚多巴胺修飾層處理的碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的濕敏性能。結(jié)果顯示，聚多巴胺修飾層的引入可以顯著提高碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的持久濕敏性能。

（4）耐熱性能測(cè)試：通過熱重分析測(cè)試，比較了未經(jīng)處理的碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料和經(jīng)過聚多巴胺修飾層處理的碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的耐熱性能。結(jié)果顯示，聚多巴胺修飾層的引入可以提高碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的耐熱性能。

5.結(jié)論

本研究通過引入聚多巴胺修飾層改善了碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的界面粘結(jié)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚多巴胺修飾層的引入可以顯著提高碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度和界面剪切強(qiáng)度。此外，聚多巴胺修飾層的引入還可以優(yōu)化碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的表面形貌，提高其持久濕敏性能和耐熱性能。因此，聚多巴胺修飾層在碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的界面改性中有著廣闊的應(yīng)用前景。未來的研究可以進(jìn)一步探索聚多巴胺修飾層的制備方法和優(yōu)化工藝，以進(jìn)一步提高碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的性能本研究通過引入聚多巴胺修飾層改善了碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的界面粘結(jié)性能，并對(duì)其進(jìn)行了多方面的性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚多巴胺修飾層的引入可以顯著提高碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的界面粘結(jié)強(qiáng)度和界面剪切強(qiáng)度。此外，聚多巴胺修飾層的引入還可以優(yōu)化碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的表面形貌，使其更加光滑、均勻。持久濕敏性能測(cè)試結(jié)果顯示，聚多巴胺修飾層的引入可以顯著提高碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的持久濕敏性能。耐熱性能測(cè)試結(jié)果顯示，聚多巴胺修飾層的引入可以提高碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的耐熱性