碳纤维织物增强热塑性复合材料的制备与分析-preparation and analysis of carbon fiber fabric reinforced thermoplastic composites.docx

是界面层的 MAPP，而基体内部过量的 MAPP 却会牺牲复合材料的 强度和模量。我们受到热固性树脂基预浸料优化制备方法的启发，进 一步改进了上述工艺。利用 MAPP 在高温下可溶的特性，提出一种 使树脂分布均匀、力学性能稳定的热塑性预浸料及复合材料制备方 法：先用 MAPP 高温溶液对 CFF 进行表面处理，溶剂挥发后得到预 浸料，再进而与 PP 薄膜经过叠层模压法制备复合材料。采用该工艺 方法制备的 CFF/PP 与前述工艺相比，拉伸强度、弯曲强度、冲击强 度和层间剪切强度均显著提高，尤其是拉伸强度提高了 2 倍左右。 本论文还考察了不同界面强度下，织物变形对复合材料力学性能 的影响。构筑不同的 CF-PP 界面结合强度，通过铺层方式改变 CFF 在复合材料中的规整性，制备出具有相似织物形变但不同界面结合力 的复合材料。研究发现，界面结合力越强，织物形变对复合材料力学 性能带来的负面影响越大。 针对 CFF/PPS 航空复合材料，本文主要研究了 PPS 基体的非等温 结晶动力学和不同条件下 CF 诱导 PPS 的结晶行为。结果表明，降温 速 率 对 PPS 结 晶 结 构 与 形 态 的 影 响 非 常 明 显 。 当 降 温 速 率 处 于 10K/min-70K/min 之间，CFF/PPS 的起始结晶温度与结晶峰位均随着 冷却速率的增加而向低温方向移动，且 CFF/PPS 复合材料中 PPS 晶 粒尺寸变小、结晶度有所下降，复合材料层压板的强度和韧性提高， 弯曲强度提高了 23.8%，表征韧性的冲击强度提高了 15.1%，但弯曲 模量降低了 2.1%。如果在 CFF/PPS 复合材料成型的降温过程中加载 压力，CF 表面与 PPS 分子链间的剪切力可以诱导 CF 附近的 PPS 基 体生成横晶；经过表面涂层改性处理的 CF 同样可以诱导横晶，且横 晶结构更加规整、完善；横晶改变了复合体系中 CF-PPS 的界面结构， 增加了界面结合力，可以有效改善界面的应力传递行为，显著提高了 复合材料的力学性能。 关键词：碳纤维织物，热塑性复合材料，界面结合力，碳纤维表面处 理，结晶 MOLDING PROCESS AND RESEARCH OF CARBON FIBER FABRIC REINFORCED THERMOPLASTIC COMPOSITE ABSTRACT Thermoplastic composite materials is a kind of promising hot composite material and it offer unique performance advantages. As a general plastics, Polypropylene (PP) have comprehensive performance, can be used as automobile composite matrix in large amounts. As a special engineering plastics, Polyphenylene sulfide has excellent mechanical properties, molding performance and other properties, can be used as composite matrix for aviation in large amounts. This paper aims at using the film stacking technique to prepare carbon fiber fabric reinforced Polypropylene(CFF/PP) and Polyphenylene sulfide (CFF/PPS) laminates. A series of composite laminates (CFF/PPS or CFF/PP) were prepared by compression-molding processing. The characterizations on the properties of those laminates were conducted by DSC, SEM, and DMA test. In this study, the effect of maleic anhydride grafted polypropylene (MAPP) coupling agents addition into PP matrix on the mechanical properties of composite and the interfaci