PACF复合材料研究.ppt

图为MC尼龙/C3D和MC尼龙/ CL复合材料经过4h 吸湿后弯曲断面的扫描电子显微镜( SEM)照片。由图5a可以看出, MC尼龙/C3D复合材料的弯曲断口整齐,没有纤维被拔出; 而MC尼龙/CL复合材料经过吸湿后的弯曲断口不十分平齐,有许多纤维被拔出(见图5b) 。图5表明经过相同条件吸湿后MC尼龙/C3D复合材料中CF与基体的粘结强度比MC尼龙/CL复合材料的高。 碳纤维编制结构对吸湿性能的影响 CL和CD增强MC尼龙吸湿性的比较 外加载荷对复合材料吸湿性的影响 结论： (1)碳纤维的加入使MC尼龙的平衡吸湿率降低,MC尼龙在复合材料吸湿过程中起决定因素。 (2)三维编织结构复合材料的平衡吸湿率和K值均低于相同体积分数的MC尼龙/CL复合材料,这是由于三维编织的碳纤维对水分子的扩散起到阻碍作用。 (3)碳纤维增强MC尼龙复合材料的吸湿行为对外加载荷比较敏感,对此种复合材料施加拉伸、弯曲和压缩载荷均会使其吸湿能力降低。 碳纤维对PA结晶动力学的影响 材料中结晶性聚合物由于第2 组分的存在,改变了结晶组分在熔体时的化学和物理环境,因此碳纤维的引入将影响尼龙6 的结晶行为. 已有研究表明,纤维对PA6 的结晶起着成核作用,诱发横晶的生成,但纤维的量对PA6 的结晶影响存在着不同的结果. 以下是以Jeziorny 法即Avrami 方程分别处理PA6及CF/PA6非等温结晶动力学的问题和等温结晶动力学的问题 PA和CF/PA材料的lg[ - ln (1 - X) ]与lg t 关系 讨论 从图中可看出,非等温结晶初期,lg[ - ln (1 - X) ]对lg t 具有良好的线性关系;而在结晶后期发生严重偏离. 这是由于随着晶体的长大,在结晶后期即二次结晶阶段,晶体间距离减小,晶体相互碰撞机率增大,结晶由快速阶段变成慢速阶段,不再按Avrami 模型线性增长,因而出现偏离Avrami 方程的现象. 研究人员对曲线的线性部分进行了线性拟合,所得的结晶动力学参数所明，两种试样相应的Avrami 指数变化很小,表明高含量碳纤维的引入对基体尼龙6 的成核机理和晶体生长方式没有发生很大的改变.CF/ PA6 复合材料校正后的结晶速率常数Zc大于纯尼龙6 ,在相同的降温速率下,CF/ PA6 复合材料的半结晶时间均比纯尼龙短,说明CF/ PA6 复合材料的总体结晶速率大于纯尼龙6。对高含量CF/ PA6 的等温结晶动力学发现,PA6 的结晶过程主要受成核过程控制,这表明高含量碳纤维对基体尼龙6 的结晶起到异相成核的作用. 等温条件下结晶 PA6 及复合材料中PA6 等温结晶Avrami 曲线 不同温度下PA6 及CF/ PA6 复合材料的PA6 的结晶速率曲线 从表可知:PA6 以及CF/PA6 复合材料中的PA6 的等温结晶方程的n 值随结晶温度的升高而增大, 同时, CF 增强PA6 的n 值与纯PA6 相比变化不是很大, 说明CF 的加入对PA6 的成核机理及晶体的生长方式的改变不是很大, 表明其成核方式及生长几何形状基本相同。 从表 还可以看出, 随着结晶温度的增加, 结晶速率常数k 值变小, t1/ 2变大; 说明随结晶温度的增加, 结晶速率变慢。根据Hoffman 等温结晶理论, 这种情况表明结晶过程主要受成核过程控制; 同时, 在相同结晶温度下, CF/ PA6 复合材料中的PA6 的k 值比纯PA6 显著增大, 而相应的t1/ 2变小; 这表明碳纤维的引入使PA6 的结晶速率明显变快, 说明碳纤维在PA6 基体中起到了异相成核作用, 从而提高了PA6的结晶速率。 图幻灯片 47 碳纤维的经济加入量 使用碳纤维增强尼龙,在提高尼龙的多项性能的同时,也使得制成品的成本及加工难度相应提高, 因此在满足使用条件及设计余量的情况下, 碳纤维有一经济加入量。有研究人员通过实验,结合其它种类, 如C F R P A 10 1 0等有关文献的结果,发现碳纤维加入量与制成的复合材料力学性能之间存在着图所示的半定量关系, 根据叶轮的工作情况和受力分析认为碳纤维的经济加入量为20% ( w t ) 。 表面接枝尼龙6的碳纤维/ MC 尼龙6 原位复合材料 原理：通过对碳纤维表面的- COOH 和- OH 官能团进行异氰酸酯化并用己内酰胺稳定化,再将碳纤维加入到己内酰胺单体融体中,采用阴离子聚合方法制得表面接枝尼龙6 的碳纤维/ MC 尼龙6 原位复合材料。 实验方法： 1、 CF 表面异氰酸酯化及己内酰胺封端稳定化处理　 2、制备原位复合材料 对复合材料的拉伸性能进行测试,结果如表2 所示. 表中Fmax为最大负荷, P 为拉伸强度. 从表可看出,CF0