【摘 要】
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连续碳纤维增强热塑性树脂基复合材料（CCFRTP）作为新一代的高性能碳纤维复合材料,具有轻质、高强、易加工及可循环再生等优异特性。连续碳纤维增强尼龙（PA）复合材料,属于应用较为广泛的高性能热塑性树脂基复合材料,已经成功应用于航空航天、医疗器械、能源等领域。PA6作为工程塑料,具有优良的力学和加工性能,研究连续碳纤维（CCF）增强PA6复合材料具有重要意义。本文采用熔融浸渍工艺制备出CCF/PA6
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连续碳纤维增强热塑性树脂基复合材料（CCFRTP）作为新一代的高性能碳纤维复合材料,具有轻质、高强、易加工及可循环再生等优异特性。连续碳纤维增强尼龙（PA）复合材料,属于应用较为广泛的高性能热塑性树脂基复合材料,已经成功应用于航空航天、医疗器械、能源等领域。PA6作为工程塑料,具有优良的力学和加工性能,研究连续碳纤维（CCF）增强PA6复合材料具有重要意义。本文采用熔融浸渍工艺制备出CCF/PA6预浸带。研究了不同工艺参数对预浸带性能、尺寸和表面的影响,获得最佳工艺条件。采用万能材料试验机、微型光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、动态力学分析（DMA）、热重分析（TG）、差示扫描量热（DSC）以及X射线衍射（XRD）等对复合材料的力学性能、表面质量、断面形貌、动态力学行为、热稳定性以及结晶、熔融行为与晶型等进行了研究。为探究预浸带二次加工成型,进行CAD零件图绘制并组装连续纤维增强热塑性管材成型流水线装置。以连续玻璃纤维增强聚乙烯（CGF/PE）和自制的CCF增强聚乳酸（PLA）、聚醚醚酮（PEKK）和PA6预浸带为原料、分别制备出CGF/PE、CCF/PLA、CCF/PEEK、CCF/PA6管材,获得了各类管材的最佳工艺条件包。并对CCF/PA6管材与带材的热稳定性和结晶熔融行为之间的区别进行了探究。CCF/PA6预浸带的最佳工艺条件为:模具温度为250℃、张紧力为13N、纤维含量随牵引速度的影响变化不大选择4～6r/min。预热预分散装置能起到纤维的初始分散作用,压延辊与模具之间的距离相对更近时,预浸带表面质量较好。施加张紧力有助于纤维分散,同时预浸带厚度降低。CCF/PA6复合材料的拉伸性能在一定范围内随纤维含量的升高而增强。高纤维含量预浸带的浸渍效果差,树脂没有完全包覆纤维导致出现裸露现象,高含量预浸带的拉伸性能和E′下降幅度较大。SEM图显示,纤维含量相对较低时,树脂较容易渗透纤维层,树脂对纤维起到了较好的浸渍效果。DSC结果表明CF的加入,既会异相成核促进晶核产生,又会抑制分子链运动影响晶粒生长从而抑制结晶出现双重影响作用。异相成核促进结晶预浸带中树脂相对于PA6树脂纯料缩短了结晶时间,纤维抑制分子链运动影响晶体生长相比于纯PA6树脂预浸带中PA6结晶度出现降低,但不同的纤维含量对结晶速率没有太大的影响。同时CF加入改变了树脂基体的晶型,有部分α晶型形成了γ晶型。XRD结果表明预制备过程中在室温及压延辊金属快速冷却的骤冷作用下,预浸带中PA6树脂的晶型发生了改变。TG表明CF的加入,对树脂的热稳定性和热降解速率产生了影响。完成CAD绘图工作并组装管材成型流水线,设计了一种旨在控制连续纤维增强热塑性预浸料宽度的简易剪裁装置。制备出了类型分别为CGF/PE、CCF/PLA、CCF/PA6、CF/PEEK的连续纤维增强热塑性树脂基管材,获得了不同种类管材的最佳制备工艺条件。证明了实验模具的可行性和可进行流水线式生产的可操作性。各种类型管材制备工艺条件为牵引速度4～6r/min、真空度-0.08～-0.1MPa,同时喷淋冷却。温度对管材成型影响较大,温度过高树脂基体因为分子解取向导致预浸带收缩严重,同时树脂流动性变强导致管材表面树脂刮擦后滞留而形成白斑。管材加工的两段机筒设定温度,GF/PE为150、220℃,CF/PLA为150、225℃,CF/PA6为190、260℃,CF/PEEK为410℃、405℃。CCF/PA6管材是由多层带材叠合而成,受热比表面积较小因而热稳定性和熔点高于带材,结晶速率和结晶度要低于带材。
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