1 绪论 1
1.1 树脂基复合材料的发展简史 1
1.2 热塑性树脂基复合材料研究进展 2
1.2.1 热塑性树脂基体的研究进展 3
1.2.2 热塑性树脂基复合材料成型工艺研究进展 5
1.3 高性能纤维的结构与性能 7
1.3.1 碳纤维的结构与性能 7
1.3.2 芳纶纤维的结构与性能 9
1.3.3 PBO纤维的结构与性能 13
1.4 聚合物基复合材料的界面 14
1.5 纤维表面改性的处理方法研究进展 17
1.5.1 纤维表面改性方法概况 17
1.5.2 纤维表面等离子体改性方法 24
1.6 复合材料热应力分析表征方法研究进展 25
参考文献 27
2 实验材料与实验方法 34
2.1 实验原材料及实验仪器 34
2.1.1 实验原材料 34
2.1.2 实验仪器 35
2.2 纤维表面等离子体处理 36
2.2.1 碳纤维表面等离子体处理 36
2.2.2 芳纶纤维表面等离子体处理 37
2.2.3 PBO纤维表面等离子体处理 37
2.3 复合材料的制备 37
2.4 等离子体处理时效性分析 38
2.5 实验方法 38
2.5.1 X射线光电子能谱分析 38
2.5.2 纤维的表面形貌分析 39
2.5.3 动态接触角分析 39
2.5.4 复合材料的性能测试 40
2.5.5 复合材料破坏形貌分析 41
2.5.6 纤维的红外光谱分析 41
2.5.7 树脂基体性能的动态力学分析 42
2.5.8 复合材料的热应力分析 42
参考文献 43
3 CF/PPESK树脂基复合材料的成型工艺与热应力分析 44
3.1 溶剂的选择 44
3.2 预浸料的制备工艺 45
3.3 复合材料模压成型工艺 46
3.3.1 预浸料内的温度场的数值分析 48
3.3.2 复合材料成型压力及成型时间的选择 51
3.4 复合材料的残余热应力分析 52
3.4.1 有限元分析模型 53
3.4.2 基体树脂性能的分析 56
3.4.3 材料的屈服准则 58
3.5 复合材料内残余热应力的分布规律 63
3.5.1 复合材料轴向、径向、环向残余热应力的分布规律 63
3.5.2 纤维表面残余热应力的分布规律 66
3.5.3 复合材料自由端及内部区域残余热应力的分布 67
3.5.4 复合材料潜在的破坏区域分析 68
3.6 降温速率对复合材料内应力分布规律的影响 69
参考文献 69
4 空间温度环境下碳纤维复合材料的热应力模拟 71
4.1 复合材料的数值仿真模型 71
4.2 空间环境温度场 72
4.3 升温过程复合材料的热应力分析 73
4.3.1 CF/PPESK复合材料的自由端及内部区域的热应力分布规律 74
4.3.2 CF/PPESK复合材料内的缺陷区域对热应力分布规律的影响 76
4.3.3 CF/PPESK复合材料与热固性复合材料热应力分布规律的比较 79
4.4 降温过程复合材料的热应力分析 82
4.4.1 CF/PPESK复合材料的自由端及内部区域的热应力分布规律 82
4.4.2 CF/PPESK复合材料内缺陷区域对热应力分布规律的影响 86
4.4.3 CF/PPESK复合材料与热固性复合材料热应力分布规律的比较 88
参考文献 91
5 碳纤维的表面性能及CF/PPESK复合材料的界面性能 92
5.1 碳纤维原纤表面的XPS分析 92
5.2 空气冷等离子体处理对碳纤维表面化学成分的影响 95
5.3 等离子体处理对碳纤维表面形貌的影响 98
5.4 等离子体处理对碳纤维浸润性能的影响 100
5.5 等离子体处理对CF/PPESK复合材料界面ILSS的影响 102
5.6 碳纤维／PPESK复合材料的耐湿热性能 103
5.7 碳纤维／PPESK复合材料的界面破坏机理分析 105
5.8 碳纤维／PPESK复合材料的界面黏结机理分析 106
参考文献 108
6 Twaron纤维的表面性能及Twaron/PPESK复合材料界面性能 110
6.1 等离子体处理对Twaron纤维表面化学组成的影响 110
6.2 等离子体处理对Twaron纤维表面形貌的影响 113
6.3 等离子体处理对Twaron纤维表面浸润性能的影响 115
6.4 等离子体处理对Twaron/PPESK复合材料界面性能的影响 115
6.5 Twaron/PPESK复合材料界面黏结机理分析 116
6.6 Twaron/PPESK复合材料界面破坏机理分析 119
参考文献 121
7 Aroms纤维的表面性能及Aroms/PPESK复合材料界面性能 122
7.1 等离子体改性处理时间对Armos纤维表面状态的影响 122
7.1.1 等离子体处理时间对Armos纤维表面化学组成的影响 122
7.1.2 等离子体处理时间对Armos纤维表面形貌的影响 125
7.1.3 等离子体处理时间对Armos纤维表面浸润性能的影响 128
7.2 等离子体处理功率对Armos纤维表面状态的影响 128
7.2.1 等离子体处理功率对Armos纤维表面化学组成的影响 128
7.2.2 等离子体处理功率对Armos纤维表面形貌和表面粗糙度的影响 131
7.2.3 等离子体处理功率对Armos纤维表面浸润性能的影响 135
7.3 等离子体处理对Armos/PPESK复合材料界面性能的影响 135
7.4 Armos/PPESK复合材料的耐湿热性能分析 137
7.5 Armos/PPESK复合材料界面黏结与破坏机理分析 138
参考文献 139
8 PBO纤维的表面性能及PBO/PPESK复合材料界面性能 141
8.1 氧气等离子体处理时间对PBO纤维表面状态的影响 141
8.1.1 氧气等离子体处理时间对PBO纤维表面化学成分的影响 142
8.1.2 氧气等离子体处理时间对PBO纤维表面形貌的影响 146
8.1.3 氧气等离子体处理时间对PBO纤维表面自由能的影响 149
8.2 氧气等离子体处理时间对PBO/PFESK复合材料界面的影响 149
8.2.1 氧气等离子体处理时间对PBO/PPESK树脂基复合材料界面黏结性能的影响 149
8.2.2 氧气等离子体处理时间对PBO/PPESK复合材料断面形貌的影响 151
8.3 氧气等离子体放电气压对PBO纤维表面状态的影响 153
8.3.1 氧气等离子体放电气压对PBO纤维表面化学成分的影响 153
8.3.2 氧气等离子体放电气压对PBO纤维表面形貌的影响 156
8.3.3 氧气等离子体放电气压对PBO纤维表面自由能的影响 158
8.4 氧气等离子体放电气压对PBO/PPESK复合材料界面性能的影响 159
8.4.1 氧气等离子体放电气压对PBO/PPESK复合材料界面黏结性能的影响 159
8.4.2 氧气等离子体放电气压对PBO/PPESK复合材料断面形貌的影响 161
8.5 氧气等离子体处理功率对PBO纤维表面状态的影响 163
8.5.1 氧气等离子体处理功率对PBO纤维表面化学成分的影响 163
8.5.2 氧气等离子体处理功率对PBO纤维表面形貌的影响 166
8.5.3 氧气等离子体处理功率对PBO纤维表面自由能的影响 168
8.6 氧气等离子体处理功率对PBO/PPESK复合材料界面性能的影响 168
8.6.1 氧气等离子体处理功率对PBO/PPESK复合材料界面黏结性能的影响 168
8.6.2 氧气等离子体处理功率对PBO/PPESK复合材料断面形貌的影响 170
参考文献 171
9 有机纤维表面时效性分析及其对复合材料界面性能的影响 173
9.1 Twaron纤维表面时效性及其对复合材料界面性能的影响 173
9.1.1 Twaron纤维表面化学组成时效性分析 173
9.1.2 Twaron纤维表面形貌时效性分析 177
9.1.3 Twaron纤维表面浸润性能时效性分析 178
9.1.4 Twaron纤维表面时效性对其增强复合材料界面性能的影响 179
9.2 Aroms纤维表面时效性及其对复合材料界面性能的影响 180
9.2.1 Armos纤维表面化学组成时效性分析 180
9.2.2 Armos纤维表面形貌时效性分析 182
9.2.3 Armos纤维表面浸润性时效性分析 184
9.2.4 Armos纤维表面时效性对其复合材料界面性能影响 185
9.2.5 Armos纤维表面时效性对其复合材料耐湿热性能的影响 186
9.3 PBO纤维表面时效性及其对复合材料界面性能的影响 186
9.3.1 PBO纤维表面化学组成时效性分析 186
9.3.2 PBO纤维表面形貌时效性分析 190
9.3.3 PBO纤维表面浸润性能时效性分析 193
9.3.4 PBO纤维表面时效性对其复合材料界面性能及断面形貌的影响 193
参考文献 196
10 PBO纤维等离子接枝环氧树脂改性及其对复合材料界面性能的影响 198
10.1 PBO纤维表面等离子体接枝环氧树脂改性处理工艺 199
10.2 氧气等离子体接枝环氧树脂改性后PBO纤维表面化学组成变化 200
10.3 氧气等离子体接枝环氧树脂改性后PBO纤维浸润性能的变化 202
10.4 氧气等离子体接枝环氧树脂改性对PBO/PPESK界面黏结性能的影响 203
10.5 氧气等离子体接枝环氧树脂改性对PBO/PPESK断口形貌的影响 203
10.6 氧气等离子体接枝环氧树脂改性对PBO/PPESK耐湿热性能的影响 204
参考文献 205