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改性碳纤维增强尼龙复合材料的制备与研究
| 论文题名： | 改性碳纤维增强尼龙复合材料的制备与研究 |
| 关键词： | 改性碳纤维增强尼龙;复合材料;制备技术;力学性能;热老化性能;汽车材料 |
| 摘要： | 尼龙(Polyamide, PA)作为工业生产中应用最广泛的一种工程塑料，因其出色的力学性能、耐热性、耐磨性、易加工性和可回收性，在汽车轻量化方面发挥着十分重要的作用。本文针对尼龙在汽车领域应用的实际需要，对其进行了碳纤维增强改性、力学及界面性能模拟和热氧老化性能的探究。论文的主要内容如下： 1)以碳纤维(Carbon Fiber, CF)作为增强体，并通过硅烷偶联剂KH550处理碳纤维，制备了碳纤维增强尼龙复合材料(CF/PA6)，并对比不同纤维含量和改性效果对复合材料各性能的影响。结果表明，碳纤维经过硅烷偶联剂处理，表面粗糙度明显增加，继而改善了碳纤维与尼龙基体的界面粘结性能，最终效果是改性碳纤维增强尼龙复合材料(MCF/PA6)相对于纯尼龙及未改性的碳纤维增强尼龙复合材料力学性能提升明显。另外经过表面处理的碳纤维，为尼龙6(PA6)结晶提供了成核点，使得尼龙6依附于碳纤维表面结晶，形成独特的“串晶”现象，继而提升了复合材料的结晶温度，促进了尼龙6的结晶，一定程度上也提升了复合材料的模量和强度。 2)基于不同纤维含量的碳纤维增强尼龙6复合材料的拉伸性能实验数据，对其进行了模型拟合，并探讨了相关模型关于短纤维增强尼龙6复合材料的适合程度。结果表明ROM混合模型可以很好的拟合碳纤维增强尼龙的拉伸力学性能，Kelly-Tyson模型更好的揭示了碳纤维增强尼龙6的界面性能。 3)采用商用玻纤增强尼龙(Ultramid?B3WG7)作为对照样品，比较探究了碳纤维增强尼龙6复合材料样品不同温度下长达1600小时的热氧老化性能。在一定温度下热氧老化一段时间后，纤维增强复合材料表面发生黄变，原因是热氧的参与致使生成了羧酸基团或者醛酮类等生色集团，红外光谱分析结果中生成的波数为1716 cm-1左右的新的吸收峰也证实了该结论，并且表面生成裂纹，大量纤维暴露于尼龙基体之外。拉伸力学性能随着热氧老化的时间先增加后减小，这也与动态力学性能测试的结果相一致.最终在180℃下老化1600小时后CF/PA6和Ultramid?B3WG7拉伸强度分别为初始值的91.6%和75%，表明碳纤维在长期的热氧老化下稳定效果强于玻璃纤维。 这些探究为尼龙在汽车领域的广泛应用及为今后研究纤维增强尼龙复合材料的力学性能、热老化服役性能提供了实验数据和理论依据。 |
| 作者： | 王玉凯 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 陈广义;桑琳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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