[發(fā)明專(zhuān)利]碳纖維上漿劑與樹(shù)脂基體界面化學(xué)反應(yīng)測(cè)試裝置和測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110239874.9
• 申請(qǐng)日: 2011-08-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102323251A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石峰暉;張寶艷;陳祥寶
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/75
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/75;G01N21/17
• 代理公司: 中國(guó)航空專(zhuān)利中心 11008
• 代理人: 梁瑞林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳纖維復(fù)合材料界面化學(xué)反應(yīng)測(cè)試技術(shù)，涉及一種碳纖維上漿劑與樹(shù)脂基體界面化學(xué)反應(yīng)的測(cè)試裝置及測(cè)試方法。

背景技術(shù)

碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料由于具有比強(qiáng)度高、比模量高、耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等的特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于航空航天武器裝備和交通體育等領(lǐng)域。碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料主要由纖維和樹(shù)脂基體組成，纖維和樹(shù)脂間良好的界面粘結(jié)可均勻地有效地傳遞載荷，提高復(fù)合材料的界面強(qiáng)度。雖然關(guān)于樹(shù)脂與纖維粘合的理論還存在一定爭(zhēng)議，但一般認(rèn)為由纖維表面不同化學(xué)官能團(tuán)引起的極性和化學(xué)鍵作用對(duì)纖維與樹(shù)脂的界面剪切強(qiáng)度有較大貢獻(xiàn)。樹(shù)脂首先通過(guò)潤(rùn)濕作用，和纖維表面在界面上實(shí)現(xiàn)分子接觸。由于擴(kuò)散作用，樹(shù)脂或纖維表面的大分子或大分子的鏈段，進(jìn)行跨越界面的擴(kuò)散，形成擴(kuò)散界面區(qū)。最后隨樹(shù)脂固化過(guò)程，樹(shù)脂和纖維分子間發(fā)生物理吸引或化學(xué)反應(yīng)，形成跨越界面的次價(jià)鍵力和化學(xué)鍵結(jié)合。界面發(fā)生反應(yīng)的幾率高，界面之間化學(xué)鍵基團(tuán)含量就高。根據(jù)C.H.Hofrichter等提出的膠接強(qiáng)度f(wàn)與界面化學(xué)反應(yīng)基團(tuán)濃度C函數(shù)關(guān)系：

f＝KCⁿ

其中，K和n為常數(shù)，n≈0.6。界面之間化學(xué)鍵基團(tuán)濃度高，界面強(qiáng)度就高。在生產(chǎn)過(guò)程中，工業(yè)碳纖維一般都需進(jìn)行上漿處理，上漿劑粘附在纖維表面并具有一定厚度，約為幾十甚至幾百納米。碳纖維上漿劑基本組成為有機(jī)物，一般認(rèn)為上漿劑的主要作用是減少纖維起毛斷絲，使纖維成束，改善工藝性并起到保護(hù)碳纖維的作用，但在纖維與樹(shù)脂的復(fù)合過(guò)程中主要是碳纖維上漿劑與樹(shù)脂在界面接觸并發(fā)生物理化學(xué)相互作用。據(jù)上述理論，這種相互作用，特別是界面化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)度會(huì)對(duì)樹(shù)脂和纖維間的界面強(qiáng)度及復(fù)合材料的性能作用產(chǎn)生重要影響。因此，有必要對(duì)碳纖維上漿劑和樹(shù)脂在界面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，用于評(píng)估特定碳纖維上漿劑或特定樹(shù)脂的匹配性能。由于碳纖維上漿劑和樹(shù)脂的反應(yīng)發(fā)生在界面，很難用直觀(guān)的方法定量分析，在國(guó)內(nèi)外尚無(wú)界面化學(xué)反應(yīng)定量測(cè)試裝置，無(wú)法對(duì)碳纖維上漿劑與樹(shù)脂基體界面的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行測(cè)試。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提出一種碳纖維上漿劑與樹(shù)脂基體界面化學(xué)反應(yīng)的測(cè)試裝置及測(cè)試方法，以便定量測(cè)試碳纖維上漿劑與樹(shù)脂基體界面化學(xué)反應(yīng)基團(tuán)的濃度，對(duì)碳纖維與樹(shù)脂基體間的匹配特性進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：碳纖維上漿劑與樹(shù)脂基體界面化學(xué)反應(yīng)測(cè)試裝置，包括一個(gè)紅外光譜儀，其特征在于，該測(cè)試裝置由溫控器1、加熱器2、溴化鉀鹽片、活動(dòng)擋塊4a、固定擋塊4b和底座5組成；加熱器2的外輪廓為長(zhǎng)方體，在加熱器2面積最大的前、后表面的中心有一個(gè)貫通的矩形窗口，該矩形窗口通過(guò)4塊相互垂直連接的窗口壁板與加熱器2的內(nèi)腔隔開(kāi)，窗口壁板的前邊緣與加熱器2前表面的矩形窗邊緣連接為整體，窗口壁板的后邊緣與加熱器2后表面的矩形窗邊緣連接為整體，在加熱器2的內(nèi)腔中安裝有加熱器件和溫度傳感器，加熱器2固定在底座5上；加熱器2中的加熱器件通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與溫控器1的加熱輸出端連接，加熱器2中的溫度傳感器通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與溫控器1的溫度信號(hào)輸入端連接；固定擋塊4b是一個(gè)金屬制成的矩形環(huán)，固定擋塊4b的矩形外邊緣的尺寸與加熱器2后表面上的矩形窗邊緣相配合，固定擋塊4b嵌在加熱器2后表面上的矩形窗內(nèi)并與加熱器2連接為整體，固定擋塊4b的矩形孔的尺寸不小于10mm×10mm；活動(dòng)擋塊4a也是一個(gè)金屬制成的矩形環(huán)，它的矩形孔尺寸與固定擋塊4b相同，活動(dòng)擋塊4a的矩形外邊緣的尺寸與加熱器2前表面上的矩形窗邊緣相配合，活動(dòng)擋塊4a嵌在加熱器2前表面上的矩形窗內(nèi)并保持0.1mm～0.3mm的間隙；溴化鉀鹽片由前溴化鉀鹽片3a和后前溴化鉀鹽片3b組成，前溴化鉀鹽片3a和后前溴化鉀鹽片3b是尺寸相同的矩形溴化鉀鹽片，前溴化鉀鹽片3a和后前溴化鉀鹽片3b的尺寸略小于加熱器2矩形窗口的尺寸，前溴化鉀鹽片3a和后前溴化鉀鹽片3b貼合后位于加熱器2的矩形窗口內(nèi)、活動(dòng)擋塊4a和固定擋塊4b之間，在前溴化鉀鹽片3a或后溴化鉀鹽片3b的貼合面上涂有碳纖維上漿劑涂層，在未涂碳纖維上漿劑的溴化鉀鹽片的貼合面上涂有樹(shù)脂基體涂層。

使用如上面所述的測(cè)試裝置測(cè)試碳纖維上漿劑與樹(shù)脂基體界面化學(xué)反應(yīng)的方法，其特征在于，測(cè)試的步驟如下：

1、溴化鉀鹽片試片制備：將0.001g～0.1g碳纖維上漿劑溶于1ml丙酮溶劑中，完全溶解后均勻涂在溴化鉀鹽片上，在烘箱中80℃～100℃條件下加熱至恒重，形成上漿劑溴化鉀鹽片試片；將0.001g～0.1g樹(shù)脂基體溶于1ml丙酮或氯仿溶劑中，完全溶解后均勻涂在溴化鉀鹽片上，在烘箱中80℃～100℃條件下加熱至恒重，形成樹(shù)脂基體溴化鉀鹽片試片；