Herstellung von CNTs/SCF-Verstärkung zur synergetischen Verbesserung der Grenzflächeneigenschaften von Verbundwerkstoffen auf Epoxidharzbasis
Forschende fanden heraus, dass die Verwendung eines silan/maleimid-komodifizierten wasserbasierten Polyurethans (WPU-M-S) als Sizing-Agent in Kombination mit Furan-funktionalisierten Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs-FA) durch chemische Modifikationsmethoden die Oberflächeneigenschaften von Kohlenstofffasern entscheidend verbessert.
Das mit Silan/Maleimid co-modifizierte wässrige Polyurethan (WPU-M-S) als Schlichtemittel und Furan-funktionalisierte Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs-FA) wurden durch eine chemische Modifikationsmethode hergestellt. Die kontinuierliche Pfropfung von Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs) wurde auf der Kohlenstofffaseroberfläche durch mehrere kontinuierliche Oberflächenbehandlungen realisiert, einschließlich elektrochemischer Anodisierung (EAO), Schlichten und chemischer Pfropfung von CNTs. Die stabile physikalische und chemische Verbindung zwischen der Kohlenstofffaser, dem Schlichtemittel und dem Harz wurde durch die Herstellung der CNT/SCF-Verstärkung hergestellt.
Die Ergebnisse der verschiedenen Oberflächenbehandlungsverfahren wie Ultraschall und CNT-Pfropfung wurden hinsichtlich der Oberflächenmorphologie, der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften kontrastiv untersucht. Es zeigt sich, dass mit CNTs-FA (CNTs/SCF) gepfropfte Kohlenstofffasern, die durch ultraschallunterstütztes chemisches Pfropfen hergestellt wurden, eine optimale Benetzbarkeit und Grenzflächenleistung aufweisen. Die Grenzflächen-Scherfestigkeit (IFSS) und die interlaminare Scherfestigkeit (ILSS) der mit CNTs/SCF verstärkten Epoxidharz-Verbundwerkstoffe sind 115,37 % bzw. 93,91 % höher als die der unbehandelten Kohlenstofffasern (UCF). Der synergistische Verbesserungsmechanismus der Verstärkung auf kohlenstofffaserverstärkte Epoxidharzverbundwerkstoffe wurde vorgeschlagen. Diese Forschung bietet eine mehrfache kontinuierliche Oberflächenbehandlungstechnologie, die der industriellen Produktion von Kohlenstofffasern entspricht, um CNTs/SCF-Verstärkungen herzustellen.
Diese Studie wurde in Progress in Organic Coatings, Ausgabe 187, im Februar 2024 veröffentlicht.
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