碳纖維表面修飾及增強尼龍66復合材料的研究.pdf

1、熱塑性樹脂復合材料具有可重復回收利用、加工成型快等優(yōu)點，近些年來在復合材料領域中一直受到廣泛關注。碳纖維增強尼龍66(CFRPA66)具有優(yōu)異的力學性能、自潤滑性和導電性能，被廣泛應用在機械、電子等領域。目前商品化碳纖維主要用于增強熱固性復合材料，上漿劑以環(huán)氧為主，能與熱固性樹脂基體形成化學鍵。但熱塑性復合材料基體，如尼龍66(PA66)，加工溫度較高(240℃～270℃)，是線型大分子，熔體粘度高，與增強材料之間沒有化學鍵，所以與熱固

2、性復合材料界面特征不同。而且環(huán)氧上漿劑在溫度超過120℃時就會發(fā)生自交聯，無法承受PA66的加工溫度，所以無法與PA66形成良好的界面。因此應用于熱塑性復合材料的碳纖維表面技術成為了一個廣受關注的重要研究課題。
　　本工作首先將碳纖維進行電化學表面處理，在碳纖維表面引入活性基團比如-C-OH和-COOH，然后使用自配的聚氨酯(PU)上漿劑對碳纖維進行上漿處理，最后將碳纖維通過擠出造粒和注塑的方法制備成CFRPA66，通過力學性能測

3、試和結構分析，對比碳纖維表面上漿劑的不同對CFRPA66結構性能的影響。在此基礎上，通過數學模型的擬合分析，得到了CFRPA66的碳纖維取向情況、不同上漿劑對界面強度的影響，并對CFRPA66的破壞機理進行了分析。通過以上研究工作得到了如下結論:
　　1.碳纖維經過電化學處理之后，表面受到了電化學刻蝕，單絲強度有所下降，但碳纖維表面親水性提高，含氧量增高到3.97wt.％，表面的-CH、C-C基團與含氧活性官能團的比例由1∶0.3

4、1增加到了1∶0.44。
　　2.使用自配的PU漿料在固含量為3％時制備的碳纖維上漿量為5％，可得到外觀性能好、毛絲斷絲較少的碳纖維絲束;與環(huán)氧上漿的碳纖維相比，經上漿后的碳纖維絲束與PA66的平均最大脫粘力提高了54.7％。
　　3.喂料工藝影響碳纖維在CFRPA66中的保留長度，進而影響了CFRPA66的力學性能，以碳纖維含量10％為例，選擇玻纖口喂料的擠出工藝，比采用主喂料工藝制備的CFRPA66拉伸強度、彎曲強度和缺

5、口沖擊強度各有44.9％、79.2％和20％的提高。
　　4.使用自配PU漿料上漿的碳纖維與PA66擁有更好的界面結合性能，所制備的CFRPA66也擁有更高的力學性能，以碳纖維含量10％為例，使用PU漿料上漿的碳纖維制備的CFRPA66與使用環(huán)氧漿料的碳纖維相比，拉伸強度、彎曲強度和缺口沖擊強度各有18.3％、19.1％和9.1％的提高。
　　5.Halpin-Tsai模型未能較好的擬合CFRPA66的拉伸性能，通過ROM混