srp结题

SRP“碳纤维表面接触角测量装置设计与实验”结题报告

12机械1班李文哲201230010474

一、课题的研究背景

碳纤维由于其高比强度、高比模量、轻质、耐烧蚀、耐化学腐蚀等优异性能，作为功能材料和结构材料在航空航天、轨道交通、新能源、体育休闲等领域已得到广泛应用。碳纤维复合材料主要由碳纤维,树脂基体以及两者之间的界面组成。其中，界面是影响复合材料的重要因素。

作为新型高端的增强基复合材料，为了与树脂更好地结合，碳纤维的润湿性非常关键。一般来说，浸润性好，界面粘结强度就比较高。如果浸润性不好，界面上就容易有空隙，这不但没有一个良好的粘结界面来传递应力，而且成为应力集中源，使材料性能变差。因此，要制备高性能的复合材料，对增强材料的浸润性研究是十分必要的。碳纤维的应用目前主要以碳纤维增强树脂基复合材料为主，但碳纤维表面能明显低于树脂材料的表面张力，这不利于碳纤维和树脂之间的相互浸润，不利于复合材料的性能，所以目前国内外主要致力于碳纤维表面的改性研究，以提高碳纤维表面的表面能。因此准确地表征出碳纤维的表面能对碳纤维及其复合材料的研究有重大意义。

二、课题研究的预设目标

本课题主要目的是通过实验，了解碳纤维的特性，利用SEM、拉伸机、设计实验步骤，分析性能。

三、课题研究的基本过程

实验所采用的碳纤维毡的密度为40g/m³，模具为边长为10cm的正方形，面积为0.01㎡，因此需要称量0.4g的碳纤维。由于考虑到实际购买的碳纤维为线状长条型，所以在实验开始之前，需要先将碳纤维短切成6mm状。同时考虑到碳纤维易在羟乙基纤维素（HEC）溶液中溶解的特性，采用羟乙基纤维素（HEC）溶液作为溶剂，使短切碳纤维在此间均匀分散。

HEC 在冷水和热水中均可溶解，且无凝胶特性，取代、溶解和黏度范围很宽，140℃以下热稳定性好，在酸性条件下也不产生沉淀。对电解质具有异常良好的盐溶性。分析其物理特性，在羟乙基纤维素溶液的制备过程中采用超声波清洗机并辅以加热搅拌的方法，使羟乙基纤维素粉末充分在水中溶解得以制成羟乙基纤维素溶液

分散实验取容量为1L的烧杯一个，将得到的羟乙基纤维素溶液与0.4g短切碳纤维倒入烧杯中，用玻璃棒将短切碳纤维充分打散，搅拌，使碳纤维分布均匀。准备边长为10cm的正方形不锈钢模具（模具上有网状结构便于使悬浊液悬停），用螺栓螺母固定其四周并将碳纤维悬浊液缓缓倒入模具中，使悬浊液均匀的分布在丝网上。晾干后将模具拆开，分离碳纤维毡，得到我们需要的实验材料。

随后将进行碳纤维毡的性能分析。进行水和酒精在碳纤维毡上的分散特性测试。使用黑丝版纸与红外线测温仪搭建实验平台。开始实验，首先记录和测量水和酒精在碳纤维毡上的扩散分布及速度。随后使用红外热像仪与FLIR软件分析扩散范围和速度，以此达到实验目标。

在实验结束后的反思中我们发现碳纤维毡均匀度和强度方面存在问题，这导致实验结果并不好，因此我们集中讨论和改进了碳纤维毡的制备，来使其可以达到令人满意的均匀性和强度。

采用短切碳纤维通过湿法抄纸的方法与ES纤维（聚乙烯聚丙烯纤维皮芯结构内外熔点不同）混合抄纸的方法制备碳纤维毡。

ES纤维（Ethylene-Propylene Side By Side）是日本智索公司开发出来的引人注目的聚烯烃系纤维的一种。作为一种新型的热接合性复合纤维，ES纤维在世界上获得了很高的评价。该纤维为双组分皮芯结构复合纤维，皮层组织熔点低且柔软性好，芯层组织则熔点高、强度高。这种纤维经过热处理后，皮层一部分熔融而起粘结作用，其余仍保留纤维状态，同时具有热收缩率小的特征。

采用混合抄纸的方法制备碳纤维毡，采用0.5024g碳纤维、0.7536gES纤维按4：6的比例进行湿法抄纸。先将ES纤维倒入制备完成的羟乙基纤维素溶液将其打散混合均匀，随后加入碳纤维同样以玻璃棒搅拌打散，将制备得到的悬浊液倒入造纸机内，得到碳纤维毡，晾干后置于平板硫化机内进行硫化，用干燥均匀的碳纤维毡进行随后实验，利用扫描电子显微镜进行观测其微结构，测量其接触角分析其性能。

四、课题研究成果

设计并制造出均匀度强度良好的碳纤维毡，并对其进行物理性能测量及性能分析

五、总结和思考

一年的srp结束了，有收获，有反思。

在这次的srp中，我与组员相互协调，在忙乱的大四生活中，抽出时间，去完成这次的任务。我们经过了各自找资料，讨论，到最后确定方案的环节，最终确定了目标。在这个过程中，确实增强了自己独立完成任务的能力，也增强了团队合作的意识，同时在实验的过程中，锻炼了自己的动手能力，提高了自己的科研水平。

Srp项目对我帮助巨大，作为一个本科生，能直接参与到科研实验中去，我想，对我的能力提升以及视野开阔都是极为重要的。虽然即将离开学校，但这种科研精神将使我受益终生。

最后，还是要感谢老师一年来的支持与帮助，让我有了进一步的成长。