论文部分内容阅读
先进树脂基复合材料自上世纪60年代出现在人们的视野中后,就一直成为各界科研工作者们着力研究的对象,这种新式材料卓越的工程性能和无与伦比的结构特性使得其在进入21世纪后被广泛研究与开发。不过随着现如今工业化进程的不断深入,人们对材料性能的诉求愈加宽泛,不仅要求力学性能具有优越性而且近年来还提出了绿色、轻量的目标。本文采用碳纤维(CF)作增强体,热塑性聚酰亚胺(TPI)作基体,旨在通过工艺优化及复合材料界面设计制备性能优异的碳纤维增强热塑性聚酰亚胺复合材料(CF/TPI)。针对制备流程设计方面,本文采用Materials Studio~?V8.0(MS)软件先针对TPI树脂进行高温下性质预测,采用软件对树脂模拟体系进行分子动力学(MD)计算,根据高聚物特点,绘制模拟状态下温度-比容图像,预测树脂玻璃化转变温度(T_g)区间,同时进行非连续温度下模拟剪切试验,预测高温下树脂黏度变化趋势,预测TPI最佳温度加工区间为550 K～700 K。通过DSC、红外等测试结合模拟结果确定TPI的T_g为277℃,Tm为375℃,Td为554℃,流动性在380℃下最佳。综合分析确定CF/TPI制备路线:采用模压成型工艺,三段式加热加压,压力设置0.5 Mpa,温度分别为300℃、380℃和300℃,TPI质量分数固定在50%。在界面优化设计部分,本文采用多巴胺(DA)自聚生成聚多巴胺(PDA)层修饰CF,同时再将纤维经银氨溶液处理原位沉积纳米银粒子制备Ag-PDA-CF修饰纤维。在此之前,首先对聚多巴胺修饰碳纤维(PDA-CF)体系进行分子动力学模拟计算,通过所得数据分析反应可能性,结果表明PDA-CF体系内部两相相互作用势能为-737.89 kal/mol,两相间存在相互吸附作用。在模拟结果指导下进行修饰纤维的制备与测试,测试结果表明,Ag-PDA-CF粗糙度较未修饰纤维提升66.5%,平均单丝拉伸强度为3.20 GPa,强度与原样相比并未下降。本文在以上基础上进行了材料制备与测试,修饰纤维增强TPI复合材料平均拉伸强度为345.28 Mpa,较None-CF/TPI的拉伸强度提升4.37%;Ag-PDA-CF/TPI试样平均ILSS值为41 Mpa,与None-CF/TPI试件相比强度提升近40%。