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回收碳纤维增强尼龙6复合材料的制备及性能研究

冯楠  
【摘要】:碳纤维复合材料具有高强、质轻等特点,在工业生产中有着广泛的应用,但是由于碳纤维加工流程复杂,价格非常昂贵,因此限制了碳纤维复合材料的应用。本课题针对碳纤维复合材料成本过高的问题,通过回收碳纤维废丝(国产副牌号碳纤维、回收碳纤维废丝、回收碳纤维粉)。通过双螺杆挤出机连续化生产制备得到碳纤维增强尼龙6复合材料,一方面得到了性能优异的碳纤维增强尼龙6复合材料,一方面大幅度降低了材料的成本,能够在汽车轻量化等领域得到广泛的应用。 首先通过扫面电镜观察国产副牌号碳纤维,发现纤维由于有大量断丝现象,力学性能有一定程度下降,而对尼龙6增强之后,同T-300型碳纤维增强尼龙6性能对比,发现副牌号纤维仍有较好的增强效果。 对于回收碳纤维废丝以及回收碳纤维粉,由于碳纤维表面会出现大量杂质并且纤维呈化学惰性,因此在加工过程中首先通过硝酸以及环氧树脂对纤维进行适当的表面处理,经过去离子水充分清洗后,通过扫面电镜以及能谱分析对纤维表面进行表征,发现碳纤维经过化学处理后在纤维表面出现了环氧基团,并且碳纤维与尼龙6基体之间化学耦合作用增强。通过对比处理前后复合材料力学性能,经过表面改性后,纤维对尼龙6增强效果有大幅度提高。 本试验通过DMA、TGA等测试研究了碳纤维加入对材料热学性能的影响,通过DSC曲线分析了材料的非等温结晶行为以及等温结晶动力学,研究了碳纤维对于尼龙6材料结晶性的影响,通过结果可以看出,碳纤维加入到尼龙6基体中出现了促进成核的效果,降低材料结晶过程的活化能并且提高了尼龙6结晶过程的结晶速率,对尼龙6晶型产生一定的影响。 实验中通过调整工艺参数并且对比不同工艺条件下材料的力学性能以及纤维长度分布情况,确定了适合碳纤维增强尼龙6复合材料的加工工艺条件,使得纤维在基体内既能保持较好的分布,又能维持适当的长度。


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