碳纖維織物增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的制備與研究.pdf

1、碳纖維織物（CFF）增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料具有可回收再生、成型時(shí)間短、沖擊韌性好等性能優(yōu)勢(shì)，是一種很有發(fā)展前景的材料。聚丙?。≒P）是一種價(jià)廉、韌性高、防腐性能和綜合性能優(yōu)良的通用塑料，可以大量用作汽車(chē)復(fù)合材料基體。聚苯硫醚（PPS）是具有優(yōu)異的耐高溫、耐溶劑性、化學(xué)穩(wěn)定性和高強(qiáng)高模的熱塑性特種工程塑料，可以用作航空熱塑性復(fù)合材料基體。本文通過(guò)薄膜疊層模壓法制備了碳纖維織物增強(qiáng)聚丙烯（CFF/PP）、碳纖維織物增強(qiáng)聚苯硫醚（CFF/PPS）

2、兩種復(fù)合材料層壓板，并采用掃描電子顯微鏡（SEM）、偏光顯微鏡（POM）、靜力學(xué)性能測(cè)試、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析（DMA）、差示掃描量熱儀（DSC）等測(cè)試手段對(duì)它們的結(jié)構(gòu)、性能及其主要影響因素進(jìn)行了研究。
　　我們采用在PP基體中添加馬來(lái)酸酐接枝改性的聚丙烯（MAPP）的方法以改善 CF與 PP基體間的界面結(jié)合力，探索了不同MAPP/PP(M-PP-x)配比對(duì)CFF/PP復(fù)合材料層壓板力學(xué)性能的影響。當(dāng)MAPP/PP配比為10％時(shí)，復(fù)合材料

3、的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度較高；當(dāng)MAPP/PP配比為15%時(shí)，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度較高。
　　采用MAPP-PP共混物作為基體對(duì)CFF/PP進(jìn)行界面改性，可以提高CFF/PP復(fù)合材料的力學(xué)性能，但實(shí)際上真正起到改性作用的只是界面層的MAPP，而基體內(nèi)部過(guò)量的MAPP卻會(huì)犧牲復(fù)合材料的強(qiáng)度和模量。我們受到熱固性樹(shù)脂基預(yù)浸料優(yōu)化制備方法的啟發(fā)，進(jìn)一步改進(jìn)了上述工藝。利用MAPP在高溫下可溶的特性，提出一種使樹(shù)脂分布均勻、力學(xué)性

4、能穩(wěn)定的熱塑性預(yù)浸料及復(fù)合材料制備方法：先用MAPP高溫溶液對(duì)CFF進(jìn)行表面處理，溶劑揮發(fā)后得到預(yù)浸料，再進(jìn)而與PP薄膜經(jīng)過(guò)疊層模壓法制備復(fù)合材料。采用該工藝方法制備的CFF/PP與前述工藝相比，拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度均顯著提高，尤其是拉伸強(qiáng)度提高了2倍左右。
　　本論文還考察了不同界面強(qiáng)度下，織物變形對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。構(gòu)筑不同的CF-PP界面結(jié)合強(qiáng)度，通過(guò)鋪層方式改變CFF在復(fù)合材料中的規(guī)整性，制備出

5、具有相似織物形變但不同界面結(jié)合力的復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，界面結(jié)合力越強(qiáng)，織物形變對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能帶來(lái)的負(fù)面影響越大。
　　針對(duì)CFF/PPS航空復(fù)合材料，本文主要研究了PPS基體的非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和不同條件下CF誘導(dǎo)PPS的結(jié)晶行為。結(jié)果表明，降溫速率對(duì)PPS結(jié)晶結(jié)構(gòu)與形態(tài)的影響非常明顯。當(dāng)降溫速率處于10K/min-70K/min之間，CFF/PPS的起始結(jié)晶溫度與結(jié)晶峰位均隨著冷卻速率的增加而向低溫方向移動(dòng)，且CFF/PPS復(fù)

6、合材料中PPS晶粒尺寸變小、結(jié)晶度有所下降，復(fù)合材料層壓板的強(qiáng)度和韌性提高，彎曲強(qiáng)度提高了23.8%，表征韌性的沖擊強(qiáng)度提高了15.1%，但彎曲模量降低了2.1%。如果在CFF/PPS復(fù)合材料成型的降溫過(guò)程中加載壓力，CF表面與PPS分子鏈間的剪切力可以誘導(dǎo)CF附近的PPS基體生成橫晶；經(jīng)過(guò)表面涂層改性處理的CF同樣可以誘導(dǎo)橫晶，且橫晶結(jié)構(gòu)更加規(guī)整、完善；橫晶改變了復(fù)合體系中CF-PPS的界面結(jié)構(gòu)，增加了界面結(jié)合力，可以有效改善界面的應(yīng)