连续纤维增强聚芳醚腈复合材料的制备及其性能研究
发布时间：2020-12-22 12:49
连续纤维增强树脂基复合材料是一类可替代金属、木质的结构性材料,具有轻量化、耐热性好、耐腐蚀性、易加工成型等优势,被广泛应用于体育、汽车、电子、航空航天等领域。近年来,由于对复合材料提出冲击损伤容限、产品设计自由度和绿色环保可回收等更高的要求,研究和开发高性能热塑性树脂基纤维增强复合材料显得尤为重要。聚芳醚腈（PEN）是分子链含有大量苯环和强极性氰基的高分子化合物,具有高强度、高模量、高热稳定性、阻燃性好等特点。因为双酚A型PEN既具有较好的溶液加工性又具有良好的熔融加工性,被选作热塑性树脂基体,再结合性能突出且价格低廉的连续玻璃纤维（GF）,采用预浸渍结合热压成型工艺制备连续纤维增强的聚芳醚腈复合材料。主要研究内容概述如下:通过PEN稀溶液对预处理的GF进行预浸渍,干燥后得到PEN/GF初期预浸料,同时,采用流延成膜法制备厚度均匀的PEN薄膜,将PEN薄膜与初期预浸料铺覆层叠,热压成型制备PEN/GF复合层压板。探索成型工艺条件对复合层压板性能的影响。具体通过对复合层压板的断面形貌、宏观力学性能及动态热机械强度等测试表征进行监测。在明确影响连续纤维增强PEN复合材料性能的关键因素的同时...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
复合材料应用举例
第一章绪论7320-340oC是适合打印的温度区间，打印温度在335oC是层间结合力达到344.5N，而在340oC时下降到260.5N。叶稳立采用分离式连续碳纤维/聚酰亚胺进行3D打印工艺，有效的提高了打印的成功率，并且增强了树脂与纤维的界面粘接性。采用分离式3D打印，制得的连续纤维增强复合材料拉伸强度相较传统连续纤维增强热塑性聚酰亚胺复合材料提高158%。并且相较于纯树脂，采用分离式3D打印技术制得复合材料拉伸强度与弯曲强度分别提高了214%和167%[18]。Ahmad等人，使用热塑性聚丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）树脂颗粒与棕榈树纤维（oilpalmfiber，OPF）经物理共混后，通过熔融拉丝制得直径1.75mm的ABS浸渍OPF纤维的预浸料丝。使用ABS/OPF复合丝经3D打印（FDM法）制品用于拉伸和弯曲等性能测试样品。虽然，结果表明复合材料拉伸强度和弹性模量仅提高了1.9%和1.05%，且复合材料弯曲强度大幅降低。但是，该研究为使用天然纤维替代合成纤维制备复合材料提供了一种新的可行的方法[34]。（a）（b）（c）（d）图1-2部分成型工艺原理图。（a）树脂传递模塑成型；（b）缠绕成型；（c）自动纤维铺放成型；（d）3D打印成型1.2.3连续纤维增强高性能热塑性复合材料随着电子、汽车、新能源、轨道交通、航空航天等领域的飞速发展，对复合材
电子科技大学硕士学位论文8料具备质量轻、比强度高、韧性好、耐高温和绿色环保提出了更高的要求，因此，研究和开发高性能纤维增强热塑性高分子复合材料具有十分重要的意义。高性能高分子材料是指具有高强度、高模量、高耐热（长期使用温度高于150oC）的一类高分子材料。热塑性高性能高分子材料主要包括热塑性聚酰亚胺（thermoplasticpolyimide，TPI）、聚苯硫醚（polyphenylenesulfide，PPS）、聚醚砜（polyethersulfone，PES）、聚芳醚酮（如聚醚醚酮PEEK、聚醚酮PEK）、聚芳醚腈（PEN）等，结构式如图1-3。通过制备连续纤维增强高性能热塑性高分子复合材料，可以进一步提高复合材料力学性能和耐热性，从而满足高性能复合材料的市场需求。表1-2对比了部分热塑性树脂的热性能。图1-3常见几种高性能热塑性树脂结构式表1-2部分热塑性树脂的热性能热塑性树脂形态Tg/°CTm/°C热变形温度/°C加工温度/°C聚乙烯（PE）结晶-7892~13744-65132~135聚丙烯（PP）结晶-10165100200~260聚酰胺（PA）结晶5026575270~325聚苯硫醚（PPS）结晶88273315315~330聚醚醚酮（PEEK）结晶143343165370~380聚醚酮酮（PEKK）结晶156338160360~380聚醚酰亚胺（PEI）无定型210--200335~426热塑性聚酰亚胺（TPI）是分子链中有苯环、酰亚胺环（-CO-NH-CO-）的一类线性高分子，玻璃化转变温度Tg普遍大于200oC，薄膜拉伸强度大于100MPa的一类高性能热塑性树脂[35,36]。叶稳立采用3D打印方法制备了连续碳纤维增强热塑
【参考文献】：
期刊论文
[1]红外加热缠绕成型工艺参数对CF/PEEK复合材料层间剪切性能的影响[J]. 单毫,陈宇,李俊杰,姚钱,周晓东. 复合材料科学与工程. 2020(01)
[2]纤维复合材料在轨道交通装备制造业的现状及展望[J]. 张义. 内燃机与配件. 2019(22)
[3]基于碳纳米管界面改性的碳纤维复合材料抗γ辐射性能研究[J]. 闫民杰,刘梁森,陈莉,刘丽研,荆妙蕾,徐志伟,姜亚明,傅宏俊. 材料导报. 2019(24)
[4]连续玄武岩纤维及其复合材料在航标上的应用[J]. 阚明. 中国海事. 2019(10)
[5]ZnO纳米棒提高碳纤维增强树脂基复合材料界面性能[J]. 杜韫哲,崔超,孔宪志,孙东洲,钟正祥,刘丽. 化学与粘合. 2019(05)
[6]碳纤维增强聚苯硫醚(CF/PPS)航空复合材料的结晶行为及力学性能[J]. 曹硕,黄鑫林,朱姝,杨洋,徐捷. 材料科学与工程学报. 2019(04)
[7]纤维增强复合材料及其结构研究进展[J]. 刘伟庆,方海,方园. 建筑结构学报. 2019(04)
[8]2018年先进纤维复合材料研发热点回眸[J]. 徐坚,聂铭歧,王熙大,季俊娜,王亚会,张红静. 科技导报. 2019(01)
[9]连续纤维增强热塑性树脂基复合材料自动铺放原位成型技术的航空发展现状[J]. 陈吉平,李岩,刘卫平,宋清华,杨洋,林紫雄. 复合材料学报. 2019(04)
[10]军用高强高模有机纤维的概述与展望[J]. 汪亮,董晶,赵春会,张彤,杨静. 现代纺织技术. 2019(04)
博士论文
[1]微纳米多相复合材料的力学性能及其增强机制[D]. 陈蔚.华南理工大学 2018
[2]碳纤维表面多尺度组元构筑及其复合材料界面性能研究[D]. 王彩凤.哈尔滨工业大学 2017
[3]连续纤维增强热塑性复合材料制备及其性能的研究[D]. 方立.华东理工大学 2012
[4]聚芳醚腈共聚物及其介电功能复合材料研究[D]. 钟家春.电子科技大学 2011
[5]连续纤维增强杂萘联苯聚芳醚树脂基复合材料的研究[D]. 郑亮.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]热塑性树脂基碳纤维复合材料的制备及其力学性能研究[D]. 罗金亮.安徽工程大学 2019
[2]高性能热塑性聚酰亚胺及其复合材料增材制造研究[D]. 叶稳立.吉林大学 2019
[3]复合材料压力容器爆破压强与材料基本力学性能关联研究[D]. 季文婧.哈尔滨工业大学 2019
[4]聚苯硫醚（PPS）结晶度影响因素及其力学性能的研究[D]. 周雪霖.中国民航大学 2019
[5]化学改性聚酰亚胺纤维与聚全氟乙丙烯复合材料的制备与表征[D]. 刘鹏.辽宁大学 2019
[6]连续碳纤维增强聚醚酮酮板材的研究[D]. 王杰.山东理工大学 2019
[7]连续碳纤增强聚芳醚腈酮复材及其相容剂研究[D]. 王诗杰.大连理工大学 2018
[8]环氧树脂增韧改性及RTM工艺制备碳纤维复合材料性能研究[D]. 祝庆君.黑龙江省科学院石油化学研究院 2018
[9]碳纤维/碳布表面生长碳纳米管及其复合材料的研究[D]. 王兴辉.山东大学 2018
[10]连续碳纤维/聚醚醚酮复合材料制备及其性能研究[D]. 熊超.南昌大学 2018
本文编号：2931797
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
复合材料应用举例
第一章绪论7320-340oC是适合打印的温度区间，打印温度在335oC是层间结合力达到344.5N，而在340oC时下降到260.5N。叶稳立采用分离式连续碳纤维/聚酰亚胺进行3D打印工艺，有效的提高了打印的成功率，并且增强了树脂与纤维的界面粘接性。采用分离式3D打印，制得的连续纤维增强复合材料拉伸强度相较传统连续纤维增强热塑性聚酰亚胺复合材料提高158%。并且相较于纯树脂，采用分离式3D打印技术制得复合材料拉伸强度与弯曲强度分别提高了214%和167%[18]。Ahmad等人，使用热塑性聚丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）树脂颗粒与棕榈树纤维（oilpalmfiber，OPF）经物理共混后，通过熔融拉丝制得直径1.75mm的ABS浸渍OPF纤维的预浸料丝。使用ABS/OPF复合丝经3D打印（FDM法）制品用于拉伸和弯曲等性能测试样品。虽然，结果表明复合材料拉伸强度和弹性模量仅提高了1.9%和1.05%，且复合材料弯曲强度大幅降低。但是，该研究为使用天然纤维替代合成纤维制备复合材料提供了一种新的可行的方法[34]。（a）（b）（c）（d）图1-2部分成型工艺原理图。（a）树脂传递模塑成型；（b）缠绕成型；（c）自动纤维铺放成型；（d）3D打印成型1.2.3连续纤维增强高性能热塑性复合材料随着电子、汽车、新能源、轨道交通、航空航天等领域的飞速发展，对复合材
电子科技大学硕士学位论文8料具备质量轻、比强度高、韧性好、耐高温和绿色环保提出了更高的要求，因此，研究和开发高性能纤维增强热塑性高分子复合材料具有十分重要的意义。高性能高分子材料是指具有高强度、高模量、高耐热（长期使用温度高于150oC）的一类高分子材料。热塑性高性能高分子材料主要包括热塑性聚酰亚胺（thermoplasticpolyimide，TPI）、聚苯硫醚（polyphenylenesulfide，PPS）、聚醚砜（polyethersulfone，PES）、聚芳醚酮（如聚醚醚酮PEEK、聚醚酮PEK）、聚芳醚腈（PEN）等，结构式如图1-3。通过制备连续纤维增强高性能热塑性高分子复合材料，可以进一步提高复合材料力学性能和耐热性，从而满足高性能复合材料的市场需求。表1-2对比了部分热塑性树脂的热性能。图1-3常见几种高性能热塑性树脂结构式表1-2部分热塑性树脂的热性能热塑性树脂形态Tg/°CTm/°C热变形温度/°C加工温度/°C聚乙烯（PE）结晶-7892~13744-65132~135聚丙烯（PP）结晶-10165100200~260聚酰胺（PA）结晶5026575270~325聚苯硫醚（PPS）结晶88273315315~330聚醚醚酮（PEEK）结晶143343165370~380聚醚酮酮（PEKK）结晶156338160360~380聚醚酰亚胺（PEI）无定型210--200335~426热塑性聚酰亚胺（TPI）是分子链中有苯环、酰亚胺环（-CO-NH-CO-）的一类线性高分子，玻璃化转变温度Tg普遍大于200oC，薄膜拉伸强度大于100MPa的一类高性能热塑性树脂[35,36]。叶稳立采用3D打印方法制备了连续碳纤维增强热塑
【参考文献】：
期刊论文
[1]红外加热缠绕成型工艺参数对CF/PEEK复合材料层间剪切性能的影响[J]. 单毫,陈宇,李俊杰,姚钱,周晓东. 复合材料科学与工程. 2020(01)
[2]纤维复合材料在轨道交通装备制造业的现状及展望[J]. 张义. 内燃机与配件. 2019(22)
[3]基于碳纳米管界面改性的碳纤维复合材料抗γ辐射性能研究[J]. 闫民杰,刘梁森,陈莉,刘丽研,荆妙蕾,徐志伟,姜亚明,傅宏俊. 材料导报. 2019(24)
[4]连续玄武岩纤维及其复合材料在航标上的应用[J]. 阚明. 中国海事. 2019(10)
[5]ZnO纳米棒提高碳纤维增强树脂基复合材料界面性能[J]. 杜韫哲,崔超,孔宪志,孙东洲,钟正祥,刘丽. 化学与粘合. 2019(05)
[6]碳纤维增强聚苯硫醚(CF/PPS)航空复合材料的结晶行为及力学性能[J]. 曹硕,黄鑫林,朱姝,杨洋,徐捷. 材料科学与工程学报. 2019(04)
[7]纤维增强复合材料及其结构研究进展[J]. 刘伟庆,方海,方园. 建筑结构学报. 2019(04)
[8]2018年先进纤维复合材料研发热点回眸[J]. 徐坚,聂铭歧,王熙大,季俊娜,王亚会,张红静. 科技导报. 2019(01)
[9]连续纤维增强热塑性树脂基复合材料自动铺放原位成型技术的航空发展现状[J]. 陈吉平,李岩,刘卫平,宋清华,杨洋,林紫雄. 复合材料学报. 2019(04)
[10]军用高强高模有机纤维的概述与展望[J]. 汪亮,董晶,赵春会,张彤,杨静. 现代纺织技术. 2019(04)
博士论文
[1]微纳米多相复合材料的力学性能及其增强机制[D]. 陈蔚.华南理工大学 2018
[2]碳纤维表面多尺度组元构筑及其复合材料界面性能研究[D]. 王彩凤.哈尔滨工业大学 2017
[3]连续纤维增强热塑性复合材料制备及其性能的研究[D]. 方立.华东理工大学 2012
[4]聚芳醚腈共聚物及其介电功能复合材料研究[D]. 钟家春.电子科技大学 2011
[5]连续纤维增强杂萘联苯聚芳醚树脂基复合材料的研究[D]. 郑亮.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]热塑性树脂基碳纤维复合材料的制备及其力学性能研究[D]. 罗金亮.安徽工程大学 2019
[2]高性能热塑性聚酰亚胺及其复合材料增材制造研究[D]. 叶稳立.吉林大学 2019
[3]复合材料压力容器爆破压强与材料基本力学性能关联研究[D]. 季文婧.哈尔滨工业大学 2019
[4]聚苯硫醚（PPS）结晶度影响因素及其力学性能的研究[D]. 周雪霖.中国民航大学 2019
[5]化学改性聚酰亚胺纤维与聚全氟乙丙烯复合材料的制备与表征[D]. 刘鹏.辽宁大学 2019
[6]连续碳纤维增强聚醚酮酮板材的研究[D]. 王杰.山东理工大学 2019
[7]连续碳纤增强聚芳醚腈酮复材及其相容剂研究[D]. 王诗杰.大连理工大学 2018
[8]环氧树脂增韧改性及RTM工艺制备碳纤维复合材料性能研究[D]. 祝庆君.黑龙江省科学院石油化学研究院 2018
[9]碳纤维/碳布表面生长碳纳米管及其复合材料的研究[D]. 王兴辉.山东大学 2018
[10]连续碳纤维/聚醚醚酮复合材料制备及其性能研究[D]. 熊超.南昌大学 2018
本文编号：2931797
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2931797.html
