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442629613金蟲 (小有名氣)
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吉林大學(xué)王貴賓教授丨碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮樹脂復(fù)合材料界面的強(qiáng)化方案 已有1人參與
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碳纖維增強(qiáng)PEEK復(fù)合材料 碳纖維增強(qiáng)PEEK復(fù)合材料是一種以特種工程塑料聚醚醚酮（PEEK）為連續(xù)相樹脂基體，以碳纖維（CF）為分散相增強(qiáng)體的復(fù)合材料。 PEEK由于其穩(wěn)定的分子鏈和結(jié)晶結(jié)構(gòu)，使其能夠在高溫和復(fù)雜的化學(xué)環(huán)境下使用且在承受沖擊時(shí)能吸收更多的能量，曾作為重要戰(zhàn)略物資被國外封鎖，而CF/PEEK復(fù)合材料也繼承了這些優(yōu)點(diǎn)。 碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料應(yīng)用 耐高溫、高比強(qiáng)度和高比模量的特點(diǎn)使得CF/PEEK復(fù)合材料在航空領(lǐng)域獲得了不可替代的地位： 在非承力部件的應(yīng)用中，美國戰(zhàn)機(jī)F-5E，F(xiàn)-5F，T38和V22的起落架門和F35的發(fā)動(dòng)機(jī)檢查口蓋均使用了CF/PEEK復(fù)合材料。研究者們在F-5F以及T38上將CF/PEEK復(fù)合材料與CF/雙馬樹脂復(fù)合材料進(jìn)行了對比飛行試驗(yàn)，結(jié)果表明以PEEK為樹脂基體的復(fù)合材料制件具有更強(qiáng)的抗分層能力和更少的缺陷數(shù)量。同時(shí)，作為熱塑性的PEEK樹脂賦予了CF/PEEK復(fù)合材料易維修的優(yōu)點(diǎn)。在F35發(fā)動(dòng)機(jī)檢查口蓋的應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CF/PEEK復(fù)合材料制件有輕微缺陷時(shí)，可以通過簡單的加熱方式使其恢復(fù)使用。 在小承力或小規(guī)模制件方面，陣風(fēng)戰(zhàn)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)周圍機(jī)身蒙皮以及C130的機(jī)身腹壁板均為CF/PEEK復(fù)合材料。這是利用了PEEK樹脂基體使用溫度高的特點(diǎn)。 在大規(guī)模制件領(lǐng)域，F(xiàn)117-A的尾翼也由CF/PEEK材料制造，這證明了該材料體系具有足夠的強(qiáng)度。 在材料應(yīng)用的前沿研究領(lǐng)域中，CF/PEEK復(fù)合材料也被賦予了足夠的重視。Teneate公司聯(lián)合空客等公司對CF/PEEK復(fù)合材料制造飛機(jī)機(jī)身和平尾扭矩盒進(jìn)行了研究，并在后續(xù)研究計(jì)劃中準(zhǔn)備用其制造存放燃油的“濕盒”。如圖Figure1.1所示。Victrex公司聯(lián)合龐巴迪公司嘗試了用CF/PEEK復(fù)合材料生產(chǎn)機(jī)翼、中央翼盒以及油箱的液壓和燃油托架，這都是利用了PEEK耐溶劑和化學(xué)腐蝕的優(yōu)勢特性。而Stelia宇航公司則制備了全尺寸的機(jī)身驗(yàn)證件，包含了薄蒙皮、閃電防護(hù)、桁條和框等結(jié)構(gòu)，證明了CF/PEEK復(fù)合材料可以被應(yīng)用于主承力結(jié)構(gòu)。 同時(shí)，CF/PEEK復(fù)合材料在航天、船舶、潛水器、車輛、軍工、能源電力也得到了廣泛應(yīng)用。 碳纖維增強(qiáng)PEEK復(fù)合材料的界面性能研究 聚醚醚酮作為一種耐熱耐溶劑且機(jī)械性能優(yōu)異的復(fù)合材料樹脂基體，在嚴(yán)苛環(huán)境下?lián)碛袕V泛的應(yīng)用空間。一般情況下，連續(xù)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的界面相是復(fù)合材料的薄弱部分：在濕熱或疲勞環(huán)境中復(fù)合材料的失效普遍起始于界面相；在承受垂直于纖維方向的載荷或剪切載荷時(shí)，界面相是影響其性能的決定性因素。 對于聚醚醚酮樹脂基體，其優(yōu)異的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性反而導(dǎo)致了其復(fù)合材料界面性能的下降： 1.由于聚醚醚酮常溫下不溶于任何有機(jī)溶劑，導(dǎo)致樹脂基體只能在熔融狀態(tài)下與增強(qiáng)纖維相互浸潤，但聚醚醚酮過高的熔體粘度使得浸潤效果較差，最終形成有缺陷的界面相。 2.由于聚醚醚酮具有出色的化學(xué)穩(wěn)定性，導(dǎo)致其在常規(guī)加工成型過程中無法與增強(qiáng)纖維表面形成化學(xué)鍵等強(qiáng)相互作用，使其界面性能較差。 在過去的30年中，研究者們嘗試通過改善工藝條件和對纖維進(jìn)行處理來增強(qiáng)聚醚醚酮樹脂基體復(fù)合材料的界面性能，但前者提升有限，因?yàn)椴荒軓谋举|(zhì)上解決界面脆弱的問題；后者雖然能通過氧化、等離子體或紫外輻照等手段有效的改變纖維表面的化學(xué)環(huán)境，從而提升復(fù)合材料的界面性能，但是普遍存在周期長，成本高和不能連續(xù)化生產(chǎn)等缺點(diǎn)，背離了實(shí)際應(yīng)用的出發(fā)點(diǎn)。 參考資料：楊硯超. 基于結(jié)晶性聚醚醚酮的碳纖維上漿劑的研究及復(fù)合材料界面構(gòu)筑[D].吉林大學(xué) 碳纖維（CF）/聚醚醚酮（PEEK）復(fù)合材料的研究與應(yīng)用得到了廣泛的關(guān)注。其中，連續(xù)碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮復(fù)合材料界面強(qiáng)度的提高一直是熱門研究課題。 為了更好的了解碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮樹脂復(fù)合材料界面的強(qiáng)化方案，2022復(fù)合材料界面論壇邀請吉林大學(xué)王貴賓教授作為論壇特邀嘉賓，分享《碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮樹脂復(fù)合材料界面的強(qiáng)化方案》主題報(bào)告。 報(bào)告內(nèi)容 本研究工作通過化學(xué)鍵實(shí)現(xiàn)了聚醚醚酮樹脂基體與碳纖維界面相互作用強(qiáng)化，設(shè)計(jì)研究了一種新型CF/PEEK復(fù)合材料界面增強(qiáng)體系，該體系利用了結(jié)晶可交聯(lián)上漿劑以及電化學(xué)還原接枝碳纖維的協(xié)同作用。首先，通過電化學(xué)還原接枝將苯乙炔基接枝到碳纖維表面，提供反應(yīng)位點(diǎn)。其次，設(shè)計(jì)合成了帶有苯胺側(cè)基和苯乙炔封端劑的可溶性聚芳醚酮上漿劑�？扇苄跃鄯济淹蠞{劑所帶有的苯胺側(cè)基可以在酸性水溶液中被水解，使聚芳醚酮上漿劑恢復(fù)原有的結(jié)晶性。利用上述上漿劑對經(jīng)過電化學(xué)接枝的碳纖維上漿并進(jìn)行熱處理，碳纖維表面和上漿劑中含有的苯乙炔基會(huì)在熱處理后發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵，有效提升了界面強(qiáng)度。同時(shí)，結(jié)晶性聚芳醚酮上漿劑可以進(jìn)一步提升復(fù)合材料界面強(qiáng)度，其與PEEK相似的鏈結(jié)構(gòu)也提高了與聚醚醚酮樹脂間的相容性。 專家介紹 王貴賓，吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授，博士研究生導(dǎo)師，吉林大學(xué)唐敖慶特聘教授。享受國務(wù)院政府特殊津貼專家，教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才，吉林省長白山學(xué)者特聘教授。吉林省化學(xué)會(huì)理事兼應(yīng)用化學(xué)專業(yè)委員會(huì)副主任、中國塑料加工工業(yè)協(xié)會(huì)專家、中國塑料加工工業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)委員、中國化學(xué)會(huì)高級會(huì)員、吉林省長春市中級人民法院技術(shù)調(diào)查官、高分子材料合成與應(yīng)用技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室技術(shù)委員會(huì)委員、彈性體期刊編委、物理化學(xué)進(jìn)展期刊副主編、Current Chinese Science:Nanotechnology編委和Molecules編委等。 主要從事高性能聚合物的合成、成型加工、樹脂基復(fù)合材料以及高性能聚合物的功能化等研究。主持承擔(dān)了國家“863”高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金等國家、省部級項(xiàng)目33項(xiàng)，取得多項(xiàng)科技成果。先后發(fā)表SCI論文180余篇。參編英文專著3部、中文專著2部。申請國家發(fā)明專利105項(xiàng)，已經(jīng)授權(quán)85項(xiàng)。獲國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)；獲省部級科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)5項(xiàng)、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)。先后獲得吉林省拔尖創(chuàng)新人才、吉林省有突出貢獻(xiàn)的中青年專業(yè)技術(shù)人才、吉林省高級專家、吉林省青年科技獎(jiǎng)特別獎(jiǎng)、長春市有突出貢獻(xiàn)專家和吉林省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才等18項(xiàng)榮譽(yù)稱號。 |
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2樓2022-10-09 16:42:40
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