碳纖維表面修飾及增強(qiáng)尼龍66復(fù)合材料的研究.pdf

1、熱塑性樹脂復(fù)合材料具有可重復(fù)回收利用、加工成型快等優(yōu)點(diǎn)，近些年來在復(fù)合材料領(lǐng)域中一直受到廣泛關(guān)注。碳纖維增強(qiáng)尼龍66(CFRPA66)具有優(yōu)異的力學(xué)性能、自潤滑性和導(dǎo)電性能，被廣泛應(yīng)用在機(jī)械、電子等領(lǐng)域。目前商品化碳纖維主要用于增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料，上漿劑以環(huán)氧為主，能與熱固性樹脂基體形成化學(xué)鍵。但熱塑性復(fù)合材料基體，如尼龍66(PA66)，加工溫度較高(240℃～270℃)，是線型大分子，熔體粘度高，與增強(qiáng)材料之間沒有化學(xué)鍵，所以與熱固

2、性復(fù)合材料界面特征不同。而且環(huán)氧上漿劑在溫度超過120℃時(shí)就會(huì)發(fā)生自交聯(lián)，無法承受PA66的加工溫度，所以無法與PA66形成良好的界面。因此應(yīng)用于熱塑性復(fù)合材料的碳纖維表面技術(shù)成為了一個(gè)廣受關(guān)注的重要研究課題。
　　本工作首先將碳纖維進(jìn)行電化學(xué)表面處理，在碳纖維表面引入活性基團(tuán)比如-C-OH和-COOH，然后使用自配的聚氨酯(PU)上漿劑對(duì)碳纖維進(jìn)行上漿處理，最后將碳纖維通過擠出造粒和注塑的方法制備成CFRPA66，通過力學(xué)性能測(cè)

3、試和結(jié)構(gòu)分析，對(duì)比碳纖維表面上漿劑的不同對(duì)CFRPA66結(jié)構(gòu)性能的影響。在此基礎(chǔ)上，通過數(shù)學(xué)模型的擬合分析，得到了CFRPA66的碳纖維取向情況、不同上漿劑對(duì)界面強(qiáng)度的影響，并對(duì)CFRPA66的破壞機(jī)理進(jìn)行了分析。通過以上研究工作得到了如下結(jié)論:
　　1.碳纖維經(jīng)過電化學(xué)處理之后，表面受到了電化學(xué)刻蝕，單絲強(qiáng)度有所下降，但碳纖維表面親水性提高，含氧量增高到3.97wt.％，表面的-CH、C-C基團(tuán)與含氧活性官能團(tuán)的比例由1∶0.3

4、1增加到了1∶0.44。
　　2.使用自配的PU漿料在固含量為3％時(shí)制備的碳纖維上漿量為5％，可得到外觀性能好、毛絲斷絲較少的碳纖維絲束;與環(huán)氧上漿的碳纖維相比，經(jīng)上漿后的碳纖維絲束與PA66的平均最大脫粘力提高了54.7％。
　　3.喂料工藝影響碳纖維在CFRPA66中的保留長度，進(jìn)而影響了CFRPA66的力學(xué)性能，以碳纖維含量10％為例，選擇玻纖口喂料的擠出工藝，比采用主喂料工藝制備的CFRPA66拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和缺

5、口沖擊強(qiáng)度各有44.9％、79.2％和20％的提高。
　　4.使用自配PU漿料上漿的碳纖維與PA66擁有更好的界面結(jié)合性能，所制備的CFRPA66也擁有更高的力學(xué)性能，以碳纖維含量10％為例，使用PU漿料上漿的碳纖維制備的CFRPA66與使用環(huán)氧漿料的碳纖維相比，拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度各有18.3％、19.1％和9.1％的提高。
　　5.Halpin-Tsai模型未能較好的擬合CFRPA66的拉伸性能，通過ROM混