碳纖維織物增強尼龍6復合材料成型工藝及性能研究.pdf

1、熱塑性樹脂基復合材料因其可回收、成型快、韌性高等優(yōu)點，具有重大的社會和經(jīng)濟潛在效益，這類材料最近幾年重新引起人們關(guān)注，并在航空、汽車等行業(yè)選材中出現(xiàn)替代熱固性復合材料的趨勢。過去的碳纖維（CF）增強尼龍6（PA6）基熱塑性復合材料研究多集中于短纖、長纖增強材料，CF體積分數(shù)小于30％、力學性能低于連續(xù)纖維增強材料。如果用作承力結(jié)構(gòu)件，必須選擇碳纖維織物（CFF）作為復合材料的增強體。然而CFF/PA6復合材料的成型與短纖、長纖增強PA6

2、或熱固性復合材料相比難度很大。PA6熔體粘度遠高于熱固性基體成型粘度，CF體積分數(shù)超過40%，PA6對CFF絲束內(nèi)部的浸潤性差，易造成孔隙缺陷。因此，為了獲得力學性能優(yōu)異的復合材料，必須提高熱塑性樹脂基體對纖維的浸潤性，改善界面結(jié)合強度。
　　本文采用疊層模壓法制備了商業(yè)級碳纖維織物增強尼龍6復合材料，首先研究了模壓成型的溫度、時間、壓力等工藝參數(shù)對CFF/PA6復合材料結(jié)構(gòu)與性能的影響規(guī)律，并建立了優(yōu)化成型工藝：模壓溫度250℃

3、、模壓時間30min、模壓壓力為2.0~2.5MPa。在此條件下制備的復合材料拉伸強度為349.5MPa，彎曲強度為497.7MPa，層間剪切強度為23.1MPa，沖擊強度為67kJ/m2。
　　在模壓成型工藝優(yōu)化的基礎(chǔ)上，探索了CFF/PA6復合材料的界面改性方法及原理。商業(yè)級CFF在編織過程中為避免產(chǎn)生毛絲，通常會涂覆一層環(huán)氧樹脂類漿料。這層漿料的耐溫性差，在CFF/PA6成型所需的高溫下易發(fā)生熱分解，在CFF/PA6界面處形

4、成缺陷，增加孔隙率、降低界面結(jié)合強度。本論文中，我們提出一種基于CF表面改性的CFF/PA6成型方法，采用高溫氮氣法去除商業(yè)級CFF表面漿料；通過含PA6的甲酸溶液處理使CF表面活化、與PA6形成氫鍵，并使PA6以粘度較低的溶液狀態(tài)滲透CFF絲束內(nèi)部，有利于對CFF的浸潤。將改性處理后的CFF與PA6薄膜通過疊層模壓法制備CFF/PA6復合材料，對其結(jié)構(gòu)和性能進行表征與評價，發(fā)現(xiàn)與直接用商業(yè)級CFF制備的復合材料相比，改性CFF制備的復

5、合材料力學性能大幅提高，拉伸強度提高至464.4MPa，彎曲強度提高至698.5MPa，沖擊強度提高至95.3kJ/m2，層間剪切強度提高至82.7MPa；復合材料孔隙率降低至0.81%；拉伸斷口處纖維表面包覆大量基體樹脂，表明CFF/PA6界面結(jié)合強度提高。
　　本論文還研究了CFF/PA6復合材料的幾種連接方法。采用單搭接對CFF/PA6復合材料進行連接，考察了膠接和熱焊接等不同連接方法和工藝條件對連接強度的影響。結(jié)果表明，傳