CNTs/CF/PA10T复合材料的制备与性能研究

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聚对苯二甲酰癸二胺(PA10T)是一种新型工程塑料,具有较好的力学性能、耐热性能、尺寸稳定性以及较低的成产成本,在汽车、航空、电子等领域具有广泛的应用前景,改性增强PA10T材料随着时代的发展也成为研究和应用的热点。同时由于出色的力学性能、电性能、热性能以及耐高温、耐化学腐蚀的特点碳纤维(CF)、碳纳米管(CNTs)被学界认为是理想的改性填料,少量的碳纤维、碳纳米管的添加,就可以达到甚至超越其他填充物增强改性的PA10T复合材料的性能。本文通过碳纤维、碳纳米管两种填料对PA10T进行改性,在碳纤维、碳纳米管表面处理的基础上,使用双螺杆挤出机,制备并研究了CF/PA10T、CNTs/CF/PA10T复合材料的力学性能、电性能、热性能,并探索了复合材料的结晶过程,研究结果表明:(1)通过熔融共混制备了CF/PA10T复合材料。结果表明,随着碳纤维含量的增加,复合材料的力学性能、热性能、电性能均有不同程度的提升,通过扫描电镜观察发现碳纤维被有效分散,没有观察到明显团聚现象,基体与碳纤维相容性较好;(2)在制备的CF/PA10T复合材料的基础上,以8%碳纤维、1%-5%碳纳米管为填料,制备了CNTs/CF/PA10T复合材料。研究发现,少量碳纳米管与碳纤维协同增强了材料的各项性能。添加3%碳纳米管的CNTs/CF/PA10T复合材料拉伸强度、冲击强度、热变形温度、导热系数、电导率较PA10T材料分别提升了79.1%、42.6%、51.7%、89.9%、9个数量级,当碳纳米管添加量大于3wt%时,碳纳米管在基体中极易发生团聚,导致性能下滑。同时碳纳米管改善了碳纤维与基体的相容性,增强了两者间的界面黏附性。热重分析表明碳纳米管提高了复合材料的初始热分解温度,降低了最大降解速率,扩宽了材料的加工窗口、提高了材料的热稳定性能;(3)通过差示扫描量热法研究了CF/PA10T、CNTs/CF/PA10T复合材料的结晶动力学。结果表明,在等温结晶的过程中,碳纤维、碳纳米管使结晶峰出现了双峰。在非等温结晶的过程中,碳纤维、碳纳米管阻碍了基体分子长链的迁移,使CF/PA10T复合材料的结晶峰略有变宽,同时由于异相成核,不同降温速率下材料都表现出结晶温度升高的特点。通过Jeziorny法、Mo法分析分析发现,CF/PA10T材料在降温速率低时为圆盘状生长,降温速率高时,为球晶生长,CNTs/CF/PA10TPA10T结晶为圆盘状生长,降温速率高时,趋向于球晶生长,增加降温速率可以使一定时间内的复合材料的相对结晶率同步增加,碳纤维、碳纳米管降低了材料的结晶速率。
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