【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料改性界面研究，尤其涉及一种大丝束碳纤维表面改性方法、装置、设备、介质及产品。
技术介绍
1、目前大丝束碳纤维主要应用在工业领域，尤其是风电叶片和压力容器（车载储氢气瓶），风电机组的大型化、轻量化发展促进了对碳纤维及其复合材料的需求。大丝束碳纤维的相关研究起步较晚，对大丝束碳纤维复合材料界面性能的研究也相对较少。在碳纤维的生产流程中，上浆处理是不可或缺的环节，上浆剂直接作用于碳纤维表面，能够改变其表面状态、表面官能团以及表面浸润性等关键性能。合适的上浆剂选择可以显著提升碳纤维的表面活性，增强其与树脂基体的亲和性和浸润性，同时解决加工过程中可能出现的毛丝问题，从而有效提升碳纤维的整体质量和性能。
2、在实际生产中，为了确保纤维不会分散，碳纤维在出厂前需要涂覆上浆剂。目前可以通过更换上浆剂的方式调节界面性能，采用这种方式必须首先清除表面已有的上浆剂，否则可能会大幅降低碳纤维表面的界面性能。然而，这种方式操作繁杂，可能会破坏碳纤维原有的性能，还可能存在原有上浆剂未清除干净从而影响界面性能的问题，在实际生产应用中并不实用。
3、因此，如何对大丝束碳纤维进行表面改性，实现对大丝束碳纤维复合材料界面性能的调控，从而提高在实际生产应用中大丝束碳纤维复合材料界面性能调控的实用性和操作简便性，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种大丝束碳纤维表面改性方法、装置、设备、介质及产品，用以解决现有技术中大丝束碳纤维表面改性较难调控的问题，实
2、本专利技术提供一种大丝束碳纤维表面改性方法，包括：
3、建立大丝束碳纤维表面的氧化石墨烯-上浆剂-改性剂-基体树脂的复合材料微观模型，计算采用不同改性剂的复合材料微观模型在微观尺度下的界面性能；
4、确定界面性能符合预设要求的复合材料微观模型所采用的目标改性剂，并获取采用所述目标改性剂改性的复合材料试样在宏观尺度下的力学性能试验结果；
5、建立复合材料细观模型，并对所述复合材料细观模型施加力学性能试验条件，调整界面单元材料参数，直至所述界面单元材料参数与采用所述目标改性剂的复合材料微观模型在微观尺度下的界面性能相对应，得到所述复合材料细观模型在细观尺度下的力学性能仿真结果；
6、将所述在宏观尺度下的力学性能试验结果与所述在细观尺度下的力学性能仿真结果进行比对，以验证细观仿真对大丝束碳纤维复合材料的改性界面性能调控的准确性。
7、根据本专利技术提供的一种大丝束碳纤维表面改性方法，所述建立大丝束碳纤维表面的氧化石墨烯-上浆剂-改性剂-基体树脂的复合材料微观模型，计算采用不同改性剂的复合材料微观模型在微观尺度下的界面性能，包括：
8、将石墨烯单胞进行周期性扩胞，并基于预定碳氧比在石墨烯的表面添加含氧官能团，得到氧化石墨烯；
9、建立上浆剂的交联结构，并通过弛豫使所述上浆剂与所述氧化石墨烯的表面紧密结合；
10、建立改性剂分子薄层结构置于所述上浆剂上方，并通过弛豫使所述改性剂分子薄层与所述上浆剂充分反应；
11、建立基体树脂的交联结构置于所述改性剂上方，并通过弛豫使所述基体树脂与所述改性剂分子薄层充分反应；
12、基于建立好的采用不同改性剂的复合材料微观模型计算在微观尺度下的界面性能。
13、根据本专利技术提供的一种大丝束碳纤维表面改性方法，所述改性剂分子薄层结构中的分子间间距在预设间距范围内，不同改性剂分子薄层中的分子数相差比例小于或等于预设比例；建立的新分子层与原结构之间的距离大于或等于预设距离。
14、根据本专利技术提供的一种大丝束碳纤维表面改性方法，所述在微观尺度下的界面性能采用界面的单位原子结合能和应力应变曲线进行表征；
15、其中，所述界面的单位原子结合能基于分子动力学软件输出的所述复合材料微观模型的界面的结合能和所述改性剂分子薄层的原子数计算得到；
16、其中，所述应力应变曲线通过以下方式绘制得到：
17、基于所述复合材料微观模型沿加载方向的位移值和所述复合材料微观模型在加载方向的长度，计算应变数值；
18、基于所述分子动力学软件输出的应力数值、所述复合材料微观模型沿横轴、纵轴和竖轴方向的长度，计算应力数值；
19、基于所述应变数值和所述应力数值，绘制所述应力应变曲线。
20、根据本专利技术提供的一种大丝束碳纤维表面改性方法，所述在宏观尺度下的力学性能试验结果包括拉伸强度、弯曲强度和剪切强度；所述获取采用所述目标改性剂改性后的复合材料试样在宏观尺度下的力学性能试验结果，包括：
21、基于采用所述目标改性剂改性后的复合材料试样在拉伸试验过程中试样破坏时的最大载荷、所述复合材料试样的宽度和厚度，计算拉伸强度；
22、基于所述复合材料试样在弯曲试验过程中试样破坏时的最大载荷、跨距、所述复合材料试样的宽度和厚度，计算弯曲强度；
23、基于所述复合材料试样在剪切试验过程中试样破坏时的最大载荷、所述复合材料试样的宽度和厚度，计算剪切强度。
24、根据本专利技术提供的一种大丝束碳纤维表面改性方法，所述建立复合材料细观模型，包括：
25、基于所述复合材料试样的尺寸，建立大丝束碳纤维模型和基体树脂模型；
26、将所述大丝束碳纤维模型和所述基体树脂模型进行拼接，并将拼接得到的模型确定为体积单元；
27、在所述大丝束碳纤维模型和所述基体树脂模型的界面处添加界面单元，得到复合材料细观模型。
28、本专利技术还提供一种大丝束碳纤维表面改性装置，包括：
29、微观仿真模块，用于建立大丝束碳纤维表面的氧化石墨烯-上浆剂-改性剂-基体树脂的复合材料微观模型，计算采用不同改性剂的复合材料微观模型在微观尺度下的界面性能；
30、宏观试验模块，用于确定界面性能符合预设要求的复合材料微观模型所采用的目标改性剂，并获取采用所述目标改性剂改性的复合材料试样在宏观尺度下的力学性能试验结果；
31、细观仿真模块，用于建立复合材料细观模型，并对所述复合材料细观模型施加力学性能试验条件，调整界面单元材料参数，直至所述界面单元材料参数与采用所述目标改性剂的复合材料微观模型在微观尺度下的界面性能相对应，得到所述复合材料细观模型在细观尺度下的力学性能仿真结果；
32、验证模块，用于将所述在宏观尺度下的力学性能试验结果与所述在细观尺度下的力学性能仿真结果进行比对，以验证细观仿真对大丝束碳纤维复合材料的改性界面性能调控的准确性。
33、本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述大丝束碳纤维表面改性方法。
34、本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大丝束碳纤维表面改性方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立大丝束碳纤维表面的氧化石墨烯-上浆剂-改性剂-基体树脂的复合材料微观模型，计算采用不同改性剂的复合材料微观模型在微观尺度下的界面性能，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述改性剂分子薄层结构中的分子间间距在预设间距范围内，不同改性剂分子薄层中的分子数相差比例小于或等于预设比例；建立的新分子层与原结构之间的距离大于或等于预设距离。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在微观尺度下的界面性能采用界面的单位原子结合能和应力应变曲线进行表征；
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在宏观尺度下的力学性能试验结果包括拉伸强度、弯曲强度和剪切强度；所述获取采用所述目标改性剂改性后的复合材料试样在宏观尺度下的力学性能试验结果，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立复合材料细观模型，包括：
7.一种大丝束碳纤维表面改性装置，其特征在于，包括：
8.一种电子设
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述大丝束碳纤维表面改性方法。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述大丝束碳纤维表面改性方法。
...【技术特征摘要】
1.一种大丝束碳纤维表面改性方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立大丝束碳纤维表面的氧化石墨烯-上浆剂-改性剂-基体树脂的复合材料微观模型，计算采用不同改性剂的复合材料微观模型在微观尺度下的界面性能，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述改性剂分子薄层结构中的分子间间距在预设间距范围内，不同改性剂分子薄层中的分子数相差比例小于或等于预设比例；建立的新分子层与原结构之间的距离大于或等于预设距离。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在微观尺度下的界面性能采用界面的单位原子结合能和应力应变曲线进行表征；
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在宏观尺度下的力学性能试验结果包括拉伸强度、弯曲强度和剪切强度；所述获取采用所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙梅玉，张晗，田寅，李明高，
申请(专利权)人：中车工业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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