【摘要】：聚丙烯(polypropylene),是一種結(jié)晶高聚物。聚丙烯熱塑性塑料具有價格低廉、質(zhì)輕、耐水、耐酸堿等優(yōu)點,在電子行業(yè)、包裝行業(yè)、機械制造、國防軍事等方面具有生產(chǎn)應(yīng)用。然而聚丙烯的導(dǎo)熱系數(shù)很低,限制了其在半導(dǎo)體制造、地?zé)崮軕?yīng)用等方面的使用。為了提高聚丙烯的導(dǎo)熱性能,本文以短切碳纖維(Carbon Fiber)為主要原料,研究了碳纖維對聚丙烯復(fù)合材料形貌、力學(xué)性能、導(dǎo)熱性能等的影響。具體研究內(nèi)容及結(jié)果如下所述:首先,采用熔融共混法,將0.5mm、3mm和7mm三種長度的CF分別分散到聚丙烯中制備不同碳纖維含量的聚丙烯復(fù)合材料。研究了復(fù)合材料的形貌、力學(xué)和熱學(xué)等性能。研究結(jié)果表明:隨著CF含量的增加,復(fù)合材料的拉伸強度和彎曲強度呈上升趨勢,缺口沖擊強度呈現(xiàn)先增大后減小趨勢;導(dǎo)熱系數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢。當(dāng)CF的含量達(dá)到15phr,PP/7mmCF復(fù)合材料的拉伸強度、彎曲強度和斷裂沖擊強度分別為60.1MPa、108.5MPa和9.8 KJ·m~(-2),相對于純PP提高了107%、212%和145%。而隨著CF長度的增大,導(dǎo)熱系數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢,然而在CF含量大于20phr時,0.5mmCF/PP復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能更好。當(dāng)0.5mmCF含量為25phr時,PP/CF復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.77 W·(m·K)~(-1),相對于純PP(0.2W·(m·K)~(-1))提高了285%,說明短切CF的加入對于提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能有著較好的效果。其次,用碳纖維分別與石墨烯納米片(GNSs)和鱗片石墨混雜填充PP復(fù)合材料。GNSs的加入,PP/3mm CF/GNSs復(fù)合材料的彎曲模量有顯著提高。隨著GNSs含量的增加,復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)明顯增大。PP/3mm CF/GNSs復(fù)合材料在GNSs5phr時導(dǎo)熱系數(shù)為0.47 W·(m·K)~(-1),相對于純PP和PP/GNSs(5phr)(0.40 W·(m·K)~(-1))復(fù)合材料分別提高了105%和18%。對于PP/CF/鱗片石墨復(fù)合材料,隨著鱗片石墨的增加,復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能呈上升趨勢,力學(xué)性能呈下降趨勢。當(dāng)鱗片石墨的含量為30phr時,體系中形成導(dǎo)熱通道,PP/3mmCF/鱗片石墨復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)為1.3 W·(m·K)~(-1),相對于純PP提高了550%。同時加入CF與鱗片石墨或者石墨烯納米片,都有明顯的協(xié)同作用,導(dǎo)熱系數(shù)增強效果顯著。最后,進(jìn)一步將尼龍6引入到PP CF/鱗片石墨復(fù)合材料中,制備了PP/PA6/CF/鱗片石墨復(fù)合材料。研究了PA6對PP/PA6合金力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能的影響,研究了PA6/PP合金基體對PP/PA6/CF/鱗片石墨復(fù)合材料導(dǎo)熱性能和形貌的影響。確定PP/PA6最佳比為70/30,此時,添加10份PP-g-MAH最佳。PP/PA6/CF/鱗片石墨(30phr)復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)為1.53 W·(m·K)~(-1),相對于PP/CF/鱗片石墨(30phr)復(fù)合材料(1.3 W·(m·K)~(-1))增大了18%。相對于PP基體,PP/PA6合金基體中,PA6為分散相,石墨容易在兩者界面聚集,從而提升導(dǎo)熱系數(shù)。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB332;TQ327
【圖文】：

圖 2-1 改性后 CF 的紅外光譜圖 2-1 為碳纖維處理后的傅里葉紅外光譜圖。從圖 2-1(2)可以看出氧 在 3427 cm-1出現(xiàn)了 O—H 伸縮振動峰，是由羥基官能團(tuán)和吸附水928cm-1和 2857 cm-1雙峰則為—CH2和—CH3的伸縮振動，1622 cm峰則為乙烯基的振動峰。1193cm-1和 1124 cm-1是 C—O 醚鍵的伸果表明，氧化改性后的 CF 表面存在豐富的羧基和羥基官能團(tuán)。 2-1(1)可為 KH550 改性后的 GNSs，可以觀察到在 3434 cm-1出現(xiàn)振動峰。2919cm-1和 2851cm-1雙峰為-CH2的伸縮振動，1636cm-1則為乙烯基的振動峰。1797cm-1是—COOH 的特征峰。1099cm-1為收峰。可以判斷，KH550 改性前后的碳纖維表面都有—OH 基團(tuán)的后的羥基減少，而增加了在 1099cm-1的 Si-O-Si 的吸收峰，這說明和羥基發(fā)生了反應(yīng)。)

圖 2-2 改性前后 CF 微觀形貌(a)改性前×1000 (b)改性后×1000 (c)改性前×5000 (d)改性后×5000為了研究改性 CF 的微觀形態(tài)，通過掃描掃描電子顯微鏡對改性前后 CF 表面進(jìn)行觀察。如圖 2-2 所示，放大 1000 倍時，CF 改性前后的掃描圖對比不是很明顯，相比改性前，改性后的表面略微粗糙些；而放大 5000 倍時，相比改性前，改性后 CF 表面有明顯紋路，更為粗糙，比表面積更大。這些現(xiàn)象再次證實了濃硫酸和硅烷偶聯(lián)劑對CF有明顯改性作用，刻蝕后的CF與基體的咬合能力更強，纏結(jié)能力更強，對復(fù)合材料界面有著有益的影響。2.4.2 不同長度 CF 對 PP/CF 復(fù)合材料力學(xué)性能的影響力學(xué)性能是復(fù)合材料一個重要的性能，具有優(yōu)良力學(xué)性能的材料有更廣泛的應(yīng)用。圖 2-3 為不同長度及不同 CF 含量對 PP/CF 復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。(a)

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