碳纤维表面的微波辐射改性方法及其对CFRPs界面性能的影响

摘要

微波辐射改性碳纤维是CFRPs界面强化的有效手段。本工作从电磁场理论、电磁仿真模拟、试验测试的角度全面研究了微波辐射对碳纤维的作用过程,优化了微波电场与碳纤维夹角、辐射区域及辐射时间的工艺参数,定量表征了微波辐射碳纤维对复合材料的界面强化效果。Ansoft HFSS电磁模拟结果表明碳纤维对微波的吸收具有方向选择性:碳纤维对其轴向极化微波产生强反射,反射率高达98.44%;对其径向极化微波的吸收特性良好,反射率仅为6.44%,因此避免微波沿着纤维轴向极化是实现碳纤维有效改性的工艺基础。测试并分析了微波辐射对碳纤维编织布温度的影响规律,优化了适用于碳纤维均匀改性的微波辐射区域;基于微滴脱黏法,建立了CFRPs界面剪切强度与微波辐射时间的关系,获得了辐射80 s时CFRPs界面剪切强度最高22.6%的增幅。