连续碳纤增强热塑性复合材料制备及性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 8次 | 上传用户:yindanna
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连续纤维增强热塑性复合材料因韧性高、成型周期短和可重复加工等优点,使其关注度越来越高。但由于热塑性基体的高粘度,增大了基体对纤维的浸润难度,使其性能得不到很好的发挥。只有改善了基体对纤维的浸渍程度,才能充分发挥碳纤维与热塑性基体的协同作用,使连续纤维增强热塑性复合材料的应用更加广泛。为了克服热塑性熔体粘度大而难以均匀浸渍碳纤维的缺点,本论文利用实验室自制的展纤装置,先将碳纤维丝束展宽,再通过静电粉末喷涂的方式制备出了连续碳纤维(CCF)增强热塑性预浸带,通过对制备出的预浸带层叠热压,得到CCF增强热塑性复合材料。基于不同的基体材料,分别制备了单向连续碳纤维增强尼龙6(CCF/PA6)复合材料和单向连续碳纤维增强聚醚醚酮(CCF/PEEK)复合材料。本文研究了制备工艺对单向预浸带的拉伸性能的影响。当PA6基体粉末质量分数为25%、热压温度为250℃、热压压力为1.5MPa时,有最优性能,最大拉伸强度为1364MPa。当PEEK质量分数为30%、热压压力为2MPa、热压温度为380℃时,CF/PEEK拉伸性能最好,强度为1125.73MPa,其拉伸性能较CF/PA6较低,进一步的SEM显示:热塑性基体对碳纤维的浸渍程度良好,但因为PEEK粉末粒径与PA6粉末相比较大,预浸效果不太理想。对预浸带进行层叠热压制备出单向CCF增强热塑性复合材料层压板,并探索了复合材料成型过程中的最优成型压力和成型温度,最终成功制备了力学性能良好的CCF/热塑性复合材料。成型温度250℃、成型压力3.5MPa、保压时间20min时制备出的CCF/PA6单向板具有最优性能,最大拉伸强度为(1.40±0.032)GPa;最大弯曲强度和弯曲模量为(1.37±0.04)GPa和(122.69±7.98)GPa。成型温度380℃、成型压力4.7MPa、保压时间20min时制备出的CCF/PEEK单向板具有最优性能,最大拉伸强度为(1.71±0.04)GPa;最大弯曲强度和弯曲模量为(1.82±0.018)GPa和(124.75±2.57)GPa。借助扫描电镜观察得,复合材料内部无明显的孔隙与气泡,基体与碳纤维之间浸渍良好。
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