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双螺杆挤出法制备碳纤维增强聚碳酸酯复合材料的研究

李春华  
【摘要】: 通过利用双螺杆挤出机,采用反应挤出法将短纤维和聚碳酸酯进行复合,制备出了碳纤维分布均匀,长径比分布适中的高性能聚碳酸酯/碳纤维复合材料。 采用了气相氧化法,液相氧化法、液相氧化+硅烷偶联剂复合法等对碳纤维进行前期改性处理,利用扫描电镜观察改性后碳纤维的表面形态,分析不同方法对碳纤维表面的处理效果,不同方法处理后碳纤维表面形貌明显不同,液相氧化与气相氧化法相比,前者处理后,碳纤维表面的粗糙度明显,液相氧化后经硅烷偶联剂表面活化后表面较平整。将三种处理后的碳纤维与聚碳酸酯复合后的物理机械性能进行测试,表明液相氧化+硅烷偶联剂复合处理法制备的复合材料综合性能最佳,碳纤维含量仅为5%时,屈服强度和弹性模量与纯聚碳酸酯相比分别提高了18%和62%,确定出了碳纤维的最佳处理方法,为进一步研究奠定基础。 研究了不同的加工工艺对聚碳酸酯/碳纤维复合材料的影响,研究结果表明螺杆转速对复合材料的性能影响很小,说明提高转速改善混合效率而不影响碳纤维增强效果。研究了加工温度对复合材料性能的影响,在温度较高时,聚碳酸酯/碳纤维复合材料的力学性能略有提高。 研究了碳纤维初始长度和碳纤维的含量对复合材料的影响,结果表明:碳纤维的短切长度越长,碳纤维在复合材料中的长径比越大,复合材料的性能越好。 通过研究碳纤维含量对复合材料性能的影响,结果表明随着碳纤维含量的增加,复合材料的力学性能和热变形温度都逐渐提高;其中碳纤维含量为13%时,综合性能最佳;屈服强度从纯聚碳酸酯的58.8MPa提高到77.3MPa,提高了32%;弹性模量从1303MPa提高到2333MPa,提高了近一倍;热变形温度从110℃提高到153℃,提高了43℃。


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