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碳纤维增强聚酰胺6复合材料(CFRPA6)具有高强、轻质、吸水性小、尺寸精度高等一系列优点。广泛应用于航空航天、电子产品和体育用品等领域。由于CFRPA6复合材料中碳纤维的长度对复合材料的性能有很大影响,因此,本文研究了连续碳纤维增强聚酰胺6的加工工艺,制得的CFRPA6预浸料可任意长度切粒,考察了碳纤维的长度和含量对CFRPA6复合材料性能的影响。同时,还对碳纤维的表面处理进行了研究,以及碳纤维对复合材料结晶行为、熔融行为、界面结晶形态和流变性能的影响。
本论文采用熔融浸渍和拉挤成型制备连续碳纤维增强聚酰胺6复合材料的预浸料.通过控制碳纤维的长度(即预浸料的切粒长度)和含量来研究CFRPA6复合材料的性能,结果发现,CF含量增加,复合材料的各项性能随之增大,长碳纤维增强PA6复合材料的性能均优于短碳纤维。
通过红外光谱、扫描电镜和X射线光电子能谱扫描不同氧化剂处理后的碳纤维,研究表明,氧化剂处理后CF表面均引入了一些极性基团,增大了CF的表面积,其中以硝酸处理的效果最佳。由硝酸处理碳纤维的时间对CFRPA6复合材料力学性能的结果发现,随着处理时间的延长,复合材料的力学性能有所提高,但当处理时间为7h时,各项性能均下降。
根据界面结晶形态和DSC等温结晶、非等温结晶、等温熔融分析,碳纤维和成核剂滑石粉的加入改变了PA6的成核机理和晶体生长方式,提高了结晶速率和起始结晶温度,在CF的表面生成了横晶,同时使熔融行为发生了变化,起到了异相成核作用。
本论文还发现碳纤维在CFRPA6复合材料中的取向不同与资料报道的玻璃纤维在PA6中的取向,即在注射样条表层的取向垂直于注射方向,沿表层壁排列,而在样条中间,碳纤维沿着注射方向排列。同时用毛细管流变仪对CFRPA6复合材料的流变性能进行研究,随着剪切速率的增加,剪切应力增大,当剪切速率增大时,体系的粘度降低。