表面处理对碳纤维润湿性及连续纤维增强PEEK复合材料拉.pdf

第4期36纤维复合材料No.4

2010年12月FIBERCOMPOSITESDec．，2010

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热塑性复合材料
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表面处理对碳纤维润湿性及连续纤维增强
PEEK复合材料拉伸性能的影响

魏佳顺，潘蕾，陶杰，郭训忠，蒋建辉，杨浩

(南京航空航天大学，南京211100)

摘要用5种工艺对碳纤维进行表面处理，并与PEEK薄膜热压成复合材料。采用润湿天平法检测碳纤维表面
的润湿力并进行SEM表面形貌分析;测试试样拉伸性能并观察试样断口形貌。结果表明:混酸超声处理法处理的
碳纤维表面粗糙度最大，润湿性最好，表面润湿力达到0．82mN，用其制备复合材料的拉伸性能最佳。
关键词碳纤维;润湿性;聚醚醚酮;微观形貌;表面处理;混酸超声氧化法

TheInfluenceofSurfaceTreatmentontheWettabilityofCarbon
FiberandtheTensileStrengthofCFRP(PEEK/CF)
WEIJiashun，PANLei，TAOJie，GUOXunzhong，JIANGJianhui，YANGHao
(NanjingUniversityofAreonauticsandAstronautics，Nanjing211100，China)
ABSTRACTThecarbonfiberwerepretreatedby5differentmethodsandthenhotpressedwithPEEKfilmtoprepare
PEEKcomposites．Thewettingforceofthecarbonfiberwascharacterizedbythewettingbalancemethod，andthesurface
topographyofthefiberwasobservedviaSEM．Thetensilestrengthofthecompositeswastestedandthefracturesectionwas
observed．Theresultsshowedthatthewettabilityofcarbonfibertreatedbymixedacidoxidationwithultrasonicconcussion
wasbest，thesurfaceroughnesswasmaximum，andthemechanicalpropertywasoptimal．
KEYWORDSCarbonfiber;Wettability;PEEK;Morphology;Surfacetreatment;Mixedacidoxidationwithultrasonic

1引言英国ICI公司制备出了商业化的连续纤维增强
PEEK复合材料，国内这方面研究处于初步阶段，尚
近年来，随着我国大飞机项目的启动和汽车工
无商业化产品面世。因此，连续纤维增强PEEK复
业的发展，连续纤维增强复合材料的需求与日剧增，
合材料的研究已经成为目前国内外研究热点。
其在汽车和大型飞机上的用量已经成为衡量汽车和连续纤维增强复合材料的制备过程主要包括碳
飞机结构先进性的重要指标之一。连续纤维增强复纤维预处理和复合材料的制备，其性能很大程度上
合材料具有轻质、整体结构可设计性、可重复使用、取决于基体和增强纤维之间的界面结合，树脂基体
耐蚀性和高损伤容限等特性，主要应用于航空航天与增强纤维取得良好的浸润性是取得良好界面结合
［1－2］，［3－4］［5－6］
领域近年来开始在汽车、工程等领域的前提。但是PEEK熔点高且熔融粘度大，未经处
得到广泛应用。连续纤维增强热固性复合材料虽然理的碳纤维表面光滑，通过碳纤维表面处理是解决
具有刚度较高的特性，但是其具有脆性和较低的断这一问题的行之有效的方法。
裂韧性，采用热塑性树脂基体可以较好地解决此问碳纤维的表面处理有较多学者进行了相关研
题，其工艺周期短且具有可重复加工等特性。究，贺福、杨永岗等［7］采用气相氧化法对碳纤维进
聚醚醚酮(PEEK)强度与镍钢相近，是一种高行表面处理，使纤维增强复合材料的层间剪切强度
性能树脂。其结晶度高，具有优异的耐蚀性、耐高提高了40%～76%。余木火等［8］采用连续电化学
温、抗辐射、抗水解等特性，将其与高强度、高模量的氧化法对碳纤维进行表面预处理，可以有效地增加
碳纤维复合，制备成连续纤维增强PEEK复合材料，碳纤维的表面粗糙度，有效地提高其浸润性。郭云
能够取得优异的综合性能。目前美国Cytec公司和霞等［9］采用阳极电解氧化法对碳纤维进行表面改
4期魏佳顺等:表面处理对碳纤维润湿性及连续纤维增强PEEK复合材料拉伸性能的影响37

性，使环氧树脂基复合材料的层间剪切强度增加了碳纤维的表