钕铁硼/石墨烯改性碳纤维/环氧复合材料的性能研究

本文采用偶联剂KH550对钕铁硼(NdFeB)粉体进行了表面功能化处理。同时,利用石墨烯对碳纤维进行了表面改性处理。将功能化的NdFeB粉体、改性后的碳纤维与环氧树脂相互混合,制得复合材料层合板。采用SEM、XRD和FT-IR,对表面处理前后的NdFeB粉体和碳纤维的组织结构、微观形貌与表面官能团进行了分析测试。通过测试复合材料的力学性能和磁通量,分析了KH550和NdFeB粉体含量对复合材料性能的影响。本文的研究结果如下:利用偶联剂KH550处理NdFeB粉体,改善了NdFeB与环氧基体间界面粘结强度。采用浓硝酸氧化加深了碳纤维表面的沟槽,提高了纤维表面羟基与羧基官能团的含量。通过SEM观察石墨烯改性碳纤维的表面形貌,结果可知石墨烯均匀分布在碳纤维表面,增加了碳纤维的表面积。FT-IR测试结果显示,碳纤维表面含氧活性官能团的含量增加。磁通量测试结果表明,KH550含量为2%时复合材料的磁通量最高,力学性能最好。随着NdFeB粉体含量的增加,复合材料的磁通量上升。力学测试结果显示,石墨烯改性碳纤维提高了复合材料的力学性能。复合材料随NdFeB粉体含量的上升,拉伸强度、弯曲强度和层间剪切强度均呈下降的趋势。由NdFeB/石墨烯改性碳纤维/环氧复合材料断口形貌分析可知,石墨烯改性碳纤维制备的复合材料的界面结合效果更好。但是,随着NdFeB粉体含量的增加,碳纤维与环氧基体间的界面粘结强度下降。