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双螺杆反应挤出制备碳纤维增强尼龙6复合材料的研究

孙伟  
【摘要】: 碳纤维增强尼龙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。由于高性能CFRPA6复合材料的加工工艺要求苛刻,且难以实现连续化工业生产,因此,本论文研究了双螺杆反应挤出制备碳纤维增强尼龙6的加工工艺,制得了碳纤维分布均匀且保持一定长径比(18:1),性能稳定的CFRPA6复合材料。考察了碳纤维的不同表而处理方法,同时,还对不同挤出工艺进行了研究,以及碳纤维对复合材料力学性能、加工性能、熔融结晶行为和界面结晶形态等的影响。 本论文采用双螺杆反应挤出制备碳纤维增强尼龙6复合材料,通过扫描电镜和光学显微镜对碳纤维在尼龙6基体中的分布和长径比进行了研究,结果发现复合材料中的碳纤维分布非常均匀,碳纤维没有发生取向,并且还保持了一定的长径比,平均约为18:1,有些试样能达到20:1,完全符合纤维增强树脂的一般规律。 通过扫描电镜扫描不同方法处理的碳纤维,研究表明,经过氧化处理后的碳纤维表面明显变粗糙,增大了碳纤维的表面积,其中以硝酸处理的最为明显;经过硅烷偶联剂复合处理的碳纤维表面比未处理的碳纤维表面还要光滑,沟槽也变少变浅,这是因为硅烷偶联剂涂覆存硝化处理后的碳纤维表面,形成了一个可塑界而层,可以消除界而应力,增强了碳纤维与尼龙6基体的粘结性,使复合材料的力学性能大幅度提高。 根据扫描电镜照片示出的复合材料界面形貌和力学性能及耐环境稳定性等测试,经经典配方处理的碳纤维与尼龙6经过双螺杆挤出机反应挤出制备的复合材料显示出了良好的界面粘结性,与纯尼龙6相比绝大部分性能都有了大幅度的改善。 根据复合材料界面结晶形态和DSC熔融结晶分析,碳纤维的加入起到了异相成核的作用,改变了尼龙6的成核机理,提高了结晶速率和结晶起始温度,在碳纤维的表面生成了横晶。


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