【摘要】：碳纖維增強復合材料因具有耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、強度高、質量輕及結構尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)異性能而被廣泛應用。其中因作為復合材料樹脂基體的熱塑性樹脂同熱固性樹脂相比具有加熱軟化、冷卻硬化、可反復加工利用、在反復受熱時不發(fā)生化學變化、耐熱性高、可在磨具中賦形和冷卻定型及機械性能高等優(yōu)點而成為本文研究的對象。傳統(tǒng)的碳纖維增強復合材料多以熱固性樹脂作為基體,與其相對應而研發(fā)的多為熱固性上漿劑,而對于熱塑性樹脂基體來說,該類上漿劑因與其結構迥異而導致在應用于碳纖維表面后無法與樹脂基體形成良好的界面結合,進而造成制備的復合材料的力學性能較差。另外,目前國內外研究的熱塑性上漿劑多為溶劑型上漿劑,該類上漿劑對環(huán)境和人體有較大的危害。為此,本文根據(jù)熱塑性樹脂基體的特點設計研發(fā)了一種水性熱塑性碳纖維上漿劑以期更大程度上的提高熱塑性復合材料的力學性能。實驗初始直接選取熱塑性樹脂聚酰胺6(PA6)為原料,通過加入磷酸酯(03P)而引入親水性基團,進而開環(huán)制得水溶性改性聚己內酰胺上漿劑(TF03PPA)。通過水溶性和接觸角確定出反應的最佳工藝為:反應原料為PA6和03P,反應時間為4h,反應溫度為200℃,投料比為1:4。后對產物的紅外和核磁進行了結構的測試分析,并對該乳液的界面性能、熱力學性能等進行了分析。通過乳液表面張力和接觸角等的測試得出乳液濃度為1.0 wt%時性能最佳。后對碳纖維進行上漿處理,并通過X射線光電子能譜儀(XPS)、掃描電鏡(SEM)、纖維強伸度儀(XQ-1A)等對改性前后碳纖維的表面基團變化、表面形貌及單絲強度變化進行了表征。結果表明:碳纖維表面含氧活性基團含量明顯增加,表面覆蓋一層漿料,粗糙度明顯減小,且碳纖維單絲的強度明顯增加。實驗最終以改性前后的碳纖維和碳纖維布為增強材料,以熱塑性聚己內酰胺樹脂為基體制備了復合材料。并利用萬能材料試驗機對復合材料的力學性能進行了表征。結果改性后的碳纖維/聚己內酰胺樹脂復合材料的彎曲強度提高了35%,碳纖維布/聚己內酰胺樹脂復合材料的層間剪切強度提高了46%,說明經(jīng)該上漿劑處理后的復合材料的界面性能和力學性能都有了明顯的提高,進一步證明本文研制的上漿劑可成功的應用于熱塑性復合材料中。
【圖文】：

圖１－２碳纖維增強樹脂基復合材料界面層示意圖逡逑Ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｃａｒｂｏｎ邋ｆｉｂｒｅ邋ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ邋ｒｅｓｉｎ邋ｍａｔｒｉｘ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ邋ｌａｙｅｒ逡逑熱固性樹脂基復合材料逡逑強熱固性復合材料是指以碳纖維為增強材料２°］，，并以熱固性樹酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等為基體制成的復合材料：２１］。在碳纖材料中，因作為基體的環(huán)氧樹脂具備良好的電絕緣性、耐腐蝕優(yōu)異的機械強度，因此其與碳纖維的結合所制備的復合材料被廣輕工、機械等各個領域。但該類復合材料制備工藝較為復雜，是在固化后，分子間易產生纏繞，形成了較為復雜的空間網(wǎng)狀結較大，進而導致復合材料的脆性較大，再次加工受熱時既不能軟機械性能變差且無法回收再利用，易造成環(huán)境污染［２２１。逡逑熱塑性樹脂基復合材料逡逑＆２Ｓ１，

２．３．２改性聚己內酰胺的結構表征逡逑２．３．２．１改性聚己內釀胺的ＦＴＩＲ譜圖分析逡逑圖２－７為ＴＦ０３ＰＰＡ的ＦＴＩＲ譜圖。從圖中可以看出，３２９２ｃｍ－１和９７７ｃｍ－１處逡逑有明顯的吸收峰，這是由Ｎ－Ｈ伸縮振動產生的，２９３５ｃｍ－１和２８６２ｃｍ１處分別為逡逑亞甲基的反對稱和對稱伸縮振動吸收峰，在１６４４ｃｍ－１和６８８ｃｍ－１處存在較強的酰逡逑胺Ｉ譜帶，它是由酰胺基的００伸縮振動引起的，在１５３７ＣＨＶ１和１２３５０１＾處存逡逑在酰胺ＩＩ譜帶，這是由Ｃ－Ｎ伸縮振動和Ｎ－Ｈ彎曲振動耦合引起的吸收峰，以上逡逑為ＰＡ６的特征譜帶。而上述特征譜帶在改性后的ＴＦ０３ＰＰＡ中皆有體現(xiàn)，且有新逡逑的吸收峰產生，具體為：１７３０ＣＩ１Ｔ１處為羧酸中Ｃ＝０的伸縮振動吸收峰，１０９７ｃｍ－１逡逑處為ＰＯ的伸縮振動吸收峰
【學位授予單位】：天津工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB332;TQ327.3

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本文編號：2620243