納米粒子-碳纖維增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料制備及性能研究.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的綜合性能與金屬合金相媲美,因此,將其應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域,一方面滿足航天航空對材料耐高溫性能和力學(xué)性能的要求,另一方面可以使航天器減重,起到降低能耗的作用。但由于碳纖維與樹脂基之間界面粘結(jié)強(qiáng)度不高導(dǎo)致復(fù)合材料易分層,影響了其性能的發(fā)揮。研究發(fā)現(xiàn)在碳纖維/聚合物基復(fù)合材料中添加一定量的納米顆粒來制備納米顆粒/碳纖維/聚合物基復(fù)合材料,能夠?qū)缑娈a(chǎn)生良好的影響,從而提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。
　　本文先采用電泳沉

2、積法制備了納米粒子沉積碳纖維復(fù)合增強(qiáng)體,通過掃描電鏡、紅外光譜和X射線衍射對其結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征,結(jié)果表明納米粒子與碳纖維之間沒有生成化學(xué)鍵,它們之間的作用力為次價(jià)鍵的作用力。并對納米粒子/碳纖維復(fù)合增強(qiáng)體進(jìn)行了潤濕性能和熱性能的研究,表明碳纖維以及復(fù)合增強(qiáng)體與熱塑性樹脂之間的潤濕性良好,復(fù)合增強(qiáng)體的熱穩(wěn)定性比碳纖維的高。
　　對碳纖維增強(qiáng)聚酰亞胺復(fù)合材料的制備工藝進(jìn)行了研究,制備工藝選擇溶液浸漬和熱壓成型聯(lián)用。通過對固化升溫制

3、度的研究,得出采取多梯度固化升溫制度制備得到的復(fù)合材料幾乎沒有氣孔。通過對不同模壓壓力下制得的碳纖維增強(qiáng)熱塑性聚酰亞胺復(fù)合材料的力學(xué)性能的測試、斷口的SEM分析和熱重-差熱分析,表明:在固化溫度和固化時(shí)間不變情況下,模壓壓力為3MPa時(shí)制得的碳纖維/聚酰亞胺復(fù)合材料的綜合性能最好。
　　在此制備工藝基礎(chǔ)上,制備了不同納米粒子/碳纖維/聚酰亞胺復(fù)合材料,通過對其力學(xué)性能的測試,表明納米粒子的加入使得碳纖維/聚酰亞胺復(fù)合材料的力學(xué)性能

4、得到提高。同樣熱重-差熱分析結(jié)果表明納米粒子的加入提高了復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。
　　對彎曲強(qiáng)度最大的納米粒子/碳纖維/聚酰亞胺復(fù)合材料進(jìn)行了熱氧老化試驗(yàn),結(jié)果表明在熱氧處理過程中,復(fù)合材料發(fā)生了后固化和樹脂氧化的現(xiàn)象,使得復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度先升高后降低,當(dāng)熱氧處理時(shí)間達(dá)1000h時(shí),彎曲強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度具有較高的保持率。并計(jì)算了復(fù)合材料的熱失重率,發(fā)現(xiàn)不同時(shí)間段納米粒子/碳纖維/聚酰亞胺的熱失重率都比碳纖維/聚酰亞胺的熱失重