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碳纤维表面处理对C/PLA复合材料界面粘结强度的影响(Ⅱ)17

碳纤维表面处理对C/PLA复合材料
界面粘结强度的影响(Ⅱ)
EffectofFiberSurfaceTreatmentonInterfacialBonding
StrengthofC/PLAComposites(Ⅱ)

万怡灶,王玉林,周福刚,赵强,齐锦刚(天津大学材料科学与工程学院,天津300072)
王勤(山东省医疗器械研究所,济南250013)
WANYi-zao,WANGYu-lin,ZHOUFu-gang,ZHAOQiang,QIJin-gang
(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)
WANGQin(ShandongMedicalInstrumentInstitute,Jinan250013,China)

摘要:对硝酸表面处理前后碳纤维增强聚乳酸(C/PLA)复合材料的界面状态进行了研究。重点研究了碳纤维的硝
酸表面处理对C/PLA复合材料界面粘结强度的影响以及粘结机理。研究表明,硝酸表面处理可使复合材料的界面粘
结强度大幅度增加,复合材料的冲击强度、弯曲强度、弯曲模量和剪切强度亦有不同程度的提高。XPS研究发现,碳
纤维与PLA基体间有化学反应发生。界面化学反应程度的增加是复合材料界面粘结强度提高的主要原因;此外,碳
纤维表面粗糙度的增加也对界面粘结强度的提高有一定的贡献。
关键词:碳纤维;聚乳酸;复合材料;表面处理;界面粘结强度
中图分类号:TB331;Q819文献标识码:A文章编号:1001-4381(2000)07-0017-03
Abstract:Interfacialconditionsofcarbonfiber-reinforcedpolylactide(C/PLA)compositeswere
investigated.Theemphasiswasfocusedontheinfluenceoffibersurfacetreatmentwithnitricacidon
interfacialbondingstrengthoftheC/PLAcompositesandtheadhesionmechanism.Theresultsshowed
thattheinterfacialbondingstrengthincreasedgreatly,whiletheimpactstrength,flexuralstrengthand
modulus,andshearstrengthincreasedslightlyafterfibersurfacetreatment.XPSanalysesdemonstrated
thatachemicalreactionoccurredatfiber-PLAinterfaces.Theincreaseininterfacialbondingstrength
wasattributedtotheincreaseinthelevelofchemicalreactionatfiber-PLAinterfacesandfibersurface
roughness,buttheformerisdominant.
Keywords:carbonfibers;polylactide(PLA);composites;surfacetreatment;interfacialbondingstrength

众所周知,界面是复合材料的核心,界面粘结强力学性能及其影响因素研究的基础上[7],本工作着重
度的高低决定了复合材料性能的优劣。为此,人们对研究纤维表面处理对C/PLA复合材料界面粘结状态
复合材料的界面进行了大量而细致的研究工作。在研的影响以及复合材料的界面粘结机理。
究碳纤维增强聚合物基复合材料中发现,未经表面处
1材料制备及实验方法
理的碳纤维与树脂的界面粘结较弱,因此,其力学性
[1]
能较低。为提高碳纤维增强树脂复合材料的性能,1.1试样制备
可采取纤维表面处理(如液相氧化、气相氧化等)的PLA基体由山东省医疗器械研究所提供,其分子
方法以增加界面粘结强度,从而使复合材料的综合性量为10万,Tg=26℃,=1.30g/cm3。增强材料为上
[2,3]
能提高。海碳素厂提供的中强型聚丙烯腈基碳纤维。其性能如
3
最近,碳纤维增强尼龙、聚四氟乙烯、环氧树脂、下:=1.75g/cm,b=2000MPa,E=200GPa,d=
聚砜和液晶聚合物等基体的复合材料因良好的生物6～9m。
相容性而广泛用作生物材料,其界面的研究也倍受重碳纤维表面的硝酸氧化处理工艺为:将碳纤维浸
[4～6]
视。不过,迄今为