高性能纤维增强高密度聚乙烯复合材料的制备与性能研究
发布时间：2021-11-19 13:29
随着国家经济的发展,目前市场上管道专用料不能满足油田用管等新兴领域对耐热和耐压及低成本的需求,因此急需开发新型管道专用料。高性能纤维增强高密度聚乙烯复合材料以其质轻、高强、耐冲击、耐磨损、耐热等优良特性,受到广泛关注。本论文以高密度聚乙烯管材专用料为基体树脂,研究碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维对高密度聚乙烯的增强效果,探究低成本条件下,高新能纤维复合材料在油田管领域的应用。本论文首先采用挤出成型工艺,选用高密度聚乙烯为基体树脂制备不同含量的碳纤维复合材料。采用密度计、热变形维卡软化计、材料试验机、扫描电子显微镜等手段研究了复合材料的基本物性和力学性能,并分析碳纤维增强机理及复合材料断裂损伤。结果表明碳纤维能有效提高复合材料耐热性能及刚性,CF含量20 wt%复合材料的维卡软化温度最高提升至79°C相对基体树脂提高4°C。添加含量5 wt%时复合材料结晶度最高,拉伸弹性模量和弯曲模量相对基体树脂分别提高28%和31%,韧性、抗氧老化性能、流动性能和密度能满足开发低成本耐热耐压管材专用料的要求。采用模压成型工艺制备UHMWPE纤维增强高密度聚乙烯复合材料。模压温度140°C时UHMWPE纤维...
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
试验开始时的试样位置
是碳纤维含量与复合材料耐热性能的关系。采用 B50法测定复合度，整体表现为 CF 填充含量增多复合材料维卡软化温度增加，- 20 wt%能有效提高复合材料耐热性能。CF 含量 20 wt%复合材相对管材料的 75 °C 提升至 79 °C，CF 含量 2 wt%时耐热温度仅A120法升温速率过快（120 °C/h）负荷 10 N 偏小，复合材料熔融法准确表明 CF 含量与复合材料耐热性能的相互作用关系。使用 含量的增大复合材料在负荷 50 N 时，标准压针刺入热塑性塑料擦阻力增大，温度升高复合材料发生熔融软化，有效降低纤维，测试结果显示维卡软化温度上升。CF 填充基体树脂可以发挥填充含量高复材流动性变差，低温不足以使其发生软化，因此；填充量过低不足以起到骨架增强的作用，此时耐热性能提升
- 20 -图 2.3 碳纤维含量对复合材料刚性的影响（a） 弯曲模量,拉伸弹性模量 （b） 弯曲强度,拉伸屈服应力Fig. 2.3 Effect of carbon Fiber content on rigidity of Composites(a) Flexural modulus,tensile elastic modulus (b) Bending strength, tensile yield stress碳纤维含量对复合材料结晶性能的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]界面应力传递重新分析及Cohesive模型参数的确定[J]. 王坎盛,沈珉,于济菘. 材料科学与工程学报. 2017(06)
[2]复合材料用高性能热塑性树脂最新进展[J]. 马全胜,王宝铭. 玻璃钢. 2017(03)
[3]2D Carbon Fiber Reinforced High Density Polyethylene Multi-Layered Laminated Composite Panels: Structural, Mechanical, Thermal, and Morphological Profile[J]. Shahzad Maqsood Khan,Nafisa Gull,Muhammad Azeem Munawar,Atif Islam,Saba Zia,Muhammad Shafiq,Aneela Sabir,Syed Muhammad Awais,Muhammad Arif Butt,Muhammad Taqi Zahid Butt,Tahir Jamil. Journal of Materials Science & Technology. 2016(10)
[4]界面对双向纤维增强复合材料力学性能的影响[J]. 吴志凯,江五贵,郑隆. 复合材料学报. 2017(01)
[5]复合材料用高性能纤维及热塑性树脂发展现状[J]. 周鹏,周中波. 合成纤维. 2015(08)
[6]纤维缠绕增强复合管的内压研究[J]. 白勇,乔霭潼. 低温建筑技术. 2014(05)
[7]纤维增强复合材料界面理论的研究[J]. 陈同海,贾明印,杨彦峰,薛平,苗立荣. 当代化工. 2013(11)
[8]碳纤维及其复合材料在汽车行业的应用及展望[J]. 张方超,杨建忠,乔卉,王勇. 合成纤维. 2013(06)
[9]Anodic Oxidation on Structural Evolution and Tensile Properties of Polyacrylonitrile Based Carbon Fibers with Different Surface Morphology[J]. Zhaorui Li, Jianbin Wang, Yuanjian Tong and Lianghua Xu National Carbon Fiber Engineering Research Center, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China. Journal of Materials Science & Technology. 2012(12)
[10]高性能纤维在软质防弹服材料中的应用[J]. 吕海荣,韩大伟. 中国个体防护装备. 2012(02)
本文编号：3505140
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
试验开始时的试样位置
是碳纤维含量与复合材料耐热性能的关系。采用 B50法测定复合度，整体表现为 CF 填充含量增多复合材料维卡软化温度增加，- 20 wt%能有效提高复合材料耐热性能。CF 含量 20 wt%复合材相对管材料的 75 °C 提升至 79 °C，CF 含量 2 wt%时耐热温度仅A120法升温速率过快（120 °C/h）负荷 10 N 偏小，复合材料熔融法准确表明 CF 含量与复合材料耐热性能的相互作用关系。使用 含量的增大复合材料在负荷 50 N 时，标准压针刺入热塑性塑料擦阻力增大，温度升高复合材料发生熔融软化，有效降低纤维，测试结果显示维卡软化温度上升。CF 填充基体树脂可以发挥填充含量高复材流动性变差，低温不足以使其发生软化，因此；填充量过低不足以起到骨架增强的作用，此时耐热性能提升
- 20 -图 2.3 碳纤维含量对复合材料刚性的影响（a） 弯曲模量,拉伸弹性模量 （b） 弯曲强度,拉伸屈服应力Fig. 2.3 Effect of carbon Fiber content on rigidity of Composites(a) Flexural modulus,tensile elastic modulus (b) Bending strength, tensile yield stress碳纤维含量对复合材料结晶性能的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]界面应力传递重新分析及Cohesive模型参数的确定[J]. 王坎盛,沈珉,于济菘. 材料科学与工程学报. 2017(06)
[2]复合材料用高性能热塑性树脂最新进展[J]. 马全胜,王宝铭. 玻璃钢. 2017(03)
[3]2D Carbon Fiber Reinforced High Density Polyethylene Multi-Layered Laminated Composite Panels: Structural, Mechanical, Thermal, and Morphological Profile[J]. Shahzad Maqsood Khan,Nafisa Gull,Muhammad Azeem Munawar,Atif Islam,Saba Zia,Muhammad Shafiq,Aneela Sabir,Syed Muhammad Awais,Muhammad Arif Butt,Muhammad Taqi Zahid Butt,Tahir Jamil. Journal of Materials Science & Technology. 2016(10)
[4]界面对双向纤维增强复合材料力学性能的影响[J]. 吴志凯,江五贵,郑隆. 复合材料学报. 2017(01)
[5]复合材料用高性能纤维及热塑性树脂发展现状[J]. 周鹏,周中波. 合成纤维. 2015(08)
[6]纤维缠绕增强复合管的内压研究[J]. 白勇,乔霭潼. 低温建筑技术. 2014(05)
[7]纤维增强复合材料界面理论的研究[J]. 陈同海,贾明印,杨彦峰,薛平,苗立荣. 当代化工. 2013(11)
[8]碳纤维及其复合材料在汽车行业的应用及展望[J]. 张方超,杨建忠,乔卉,王勇. 合成纤维. 2013(06)
[9]Anodic Oxidation on Structural Evolution and Tensile Properties of Polyacrylonitrile Based Carbon Fibers with Different Surface Morphology[J]. Zhaorui Li, Jianbin Wang, Yuanjian Tong and Lianghua Xu National Carbon Fiber Engineering Research Center, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China. Journal of Materials Science & Technology. 2012(12)
[10]高性能纤维在软质防弹服材料中的应用[J]. 吕海荣,韩大伟. 中国个体防护装备. 2012(02)
本文编号：3505140
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