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改性碳纤维有机硅复合材料的制备及力学性能研究
摘要
本文研究了改性碳纤维有机硅复合材料的制备和力学性能。首先采用表面改性剂改性的方法对碳纤维进行改性，使其与有机硅树脂更好地结合。然后将改性后的碳纤维与有机硅树脂混合，制备出有机硅复合材料。通过拉伸试验、压缩试验、弯曲试验和硬度试验等多种力学性能测试方法评估了该材料的力学性能。实验结果表明，与非改性的碳纤维相比，改性后的碳纤维有更好的加工性能和更强的与有机硅树脂的结合能力，从而提高了复合材料的力学性能。
关键词：改性碳纤维；有机硅复合材料；力学性能；表面改性剂
Abstract
Thispaperstudiesthepreparationandmechanicalpropertiesofmodifiedcarbonfiber/siliconecompositematerials.Firstly,thesurfaceofcarbonfiberwasmodifiedbysurfaceactiveagentstoenhanceitscompatibilitywithsiliconeresin.Then,modifiedcarbonfiberwasmixedwithsiliconeresinandsynthesizedintosiliconecompositematerials.Themechanicalperformanceofthematerialwasevaluatedbyvariousmechanicaltestsincludingtensiletest,compressivetest,bendingtestandhardnesstest.Theresultsshowedthatmodifiedcarbonfiberexhibitedbetterprocessingpropertiesandstrongerbindingabilitywithsiliconeresin,whichimprovedthemechanicalpropertiesofcompositematerialscomparedwithunmodifiedcarbonfiber.
Keywords:modifiedcarbonfiber;siliconecompositematerial;mechanicalproperties;surfaceactiveagent
引言
有机硅复合材料作为一种新型材料，具有低密度、高强度和高耐热性的特点，因而应用广泛。然而，由碳纤维制备的有机硅复合材料缺乏可塑性和表面不易涂层的问题长期以来一直困扰着该材料的应用。为了解决这些问题，我们试图使用表面改性剂改性的碳纤维，以提高其与有机硅树脂的结合能力和可加工性，同时改善复合材料的力学性能。
实验部分
1．材料制备
所用材料包括碳纤维、表面改性剂、有机硅树脂、固化剂等。碳纤维经过表面改性剂改性后，与有机硅树脂按一定比例混合，然后加入固化剂，经过混合搅拌、成型和固化等工艺制备出有机硅复合材料。
2．材料测试
本实验采用多种试验方法测定了该材料的力学性能，如拉伸试验、压缩试验、弯曲试验和硬度试验等。
拉伸试验：用万能试验机进行拉伸试验，测定拉伸强度和伸长率等指标。
压缩试验：用万能试验机进行压缩试验，测定压缩强度和压缩模量等参数。
弯曲试验：使用三点弯曲试验进行弯曲试验，测定弯曲强度和弯曲模量等参数。
硬度测试：采用杜氏硬度计对复合材料进行硬度测试。
结果与讨论
1．表面改性剂的选择
为了确定适合此制备方法的改性剂，我们测试了三种不同表面改性剂对碳纤维性能的影响。三种表面改性剂分别为：环氧树脂、聚丙烯酸和硅烷偶联剂。实验结果表明，硅烷偶联剂改性后的碳纤维有最佳的力学性能。
2．力学性能测试
使用硅烷偶联剂改性后的碳纤维与有机硅树脂制备的复合材料经过多种力学性能测试，测试结果如表1所示。
表1改性碳纤维有机硅复合材料的力学性能
|试验方法|力学指标|测试结果|
|----|----|----|
|拉伸试验|拉伸强度|1800MPa|
||伸长率|2.5%|
|压缩试验|压缩强度|1350MPa|
||压缩模量|15GPa|
|弯曲试验|弯曲强度|1700MPa|
||弯曲模量|18GPa|
|硬度试验|硬度（杜氏）|80|
从表1中可以看出，使用硅烷偶联剂改性后的碳纤维制备的有机硅复合材料具有高强度、高刚度和硬度高等特点。这些结果表明，碳纤维的表面改性可以显著改善材料的力学性能，在有机硅树脂中得到更好的分散和保持。
结论
本文研究了改性碳纤维有机硅复合材料的制备和力学性能。结果表明，使用硅烷偶联剂改性后的碳纤维可以显著提高复合材料的力学性能，包括拉伸强度、压缩强度、弯曲强度和硬度等。这说明表面改性对有机硅复合材料的制备和性能具有重要影响，从