碳纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备及性能研究

发布时间：2017-05-22 14:27

  本文关键词：碳纤维增强聚碳酸酯复合材料的制备及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本论文主要研究碳纤维/聚碳酸酯复合材料的制备及其性能表征。本文利用激光扫描加工法制备碳纤维/聚碳酸酯复合材料,其原理是碳纤维具有良好的光热转化性能,其热量可以将相连接的部位熔化并在外部施加的压力的条件下完成试样焊接。在实验过程中,激光束照射到指定部位时,激光透过聚碳酸酯,照射到碳纤维上,碳纤维将其吸收并转化成大量的热传递给上下两层的聚碳酸酯,当温度达到聚碳酸酯熔点时,聚碳酸酯熔融,随着激光光束的移走,该区域的温度降低,聚碳酸酯凝固,并在气流提供压紧力的条件下,完成与碳纤维的复合。激光加工技术作为当代新技术的代表,具有投资小、灵活性高、生产周期短、效率高、可连续生产等优点,把激光加工技术应用到复合材料领域中,将会带来广阔的发展前景,所以利用激光扫描加工法制备复合材料对复合材料的发展有着重要的实际应用意义。复合材料的性能与增强相和基体的结合好坏有着重要关系。为了减小此因素的影响,本文对碳纤维进行了一些预处理操作。碳纤维在出厂前,表面会附着一些杂质,影响碳纤维的浸润性,所以本文通过计算失重率、比表面积以及观察SEM图,选定了最佳的清洗试剂即1:1乙醇+丙酮。为了进一步改善复合材料的力学性能,通过查阅资料,碳纤维的氧化处理可以增强其浸润效果。本文采取了空气氧化和液相氧化的方法,通过XRD图谱分析,两种氧化方法没有改变碳纤维的原本结构,根据FTIR图谱和SEM图,液相氧化可以较大幅度的提高碳纤维的表面粗糙度,增加碳纤维表面的活性官能团,利于与树脂更好的复合。通过复合材料的力学性能测试,经过氧化处理的复合材料的强度要明显强于未处理的,其中性能最佳的处理条件是3h的液相氧化处理,相比未处理的复合材料,其拉伸强度提高了28.86%,弯曲强度提高了67.94%。在耐湿热性以及热稳定性等方面,同样验证了以上结论。通过观察复合材料的断口微观图,经过3h液相氧化处理的碳纤维复合材料的SEM图,碳纤维周围浸满了树脂,并且在力学性能测试后,未发现脱丝现象,说明碳纤维与树脂已较好的结合,形成了良好的界面。根据以上分析可知,碳纤维经过3h的液相氧化处理后,该复合材料的性能最佳。为了进一步提高复合材料的力学性能,将碳纤维进行CBT溶液预浸处理,CBT在一定温度下,会像水一样流动,可以降低聚碳酸酯的粘度改善流动性,使碳纤维浸润充分。通过力学性能测试,相比经过3h液相氧化处理的复合材料其拉伸强度提高了10.39%,弯曲强度提高了4.08%。
【关键词】：激光加工 碳纤维表面处理 碳纤维/聚碳酸酯复合材料 力学性能 CBT
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-12
• 第1章 绪论12-26
• 1.1 高分子复合材料概述12-15
• 1.1.1 复合材料的分类12
• 1.1.2 复合材料成型工艺12-14
• 1.1.3 复合材料破坏方式14-15
• 1.2 CBT概述15-20
• 1.2.1 CBT的应用17
• 1.2.2 CBT的合成方法17-18
• 1.2.3 CBT树脂基复合材料的最近研究动向18-20
• 1.3 碳纤维/聚碳酸酯复合材料概述20-24
• 1.3.1 碳纤维特性20-22
• 1.3.2 碳纤维表面处理22-23
• 1.3.3 聚碳酸酯特性23-24
• 1.4 本文主要研究内容24-26
• 第2章 原材料与实验方法26-32
• 2.1 实验原料26-27
• 2.1.1 碳纤维布26
• 2.1.2 聚碳酸酯26
• 2.1.3 CBT26
• 2.1.4 其它实验药品26-27
• 2.2 实验仪器及设备27
• 2.3 实验测试方法27-31
• 2.3.1 傅里叶红外光谱分析27-28
• 2.3.2 X射线衍射分析28
• 2.3.3 比表面积分析28
• 2.3.4 扫描电子显微镜分析28-29
• 2.3.5 试样力学性能分析29-31
• 2.3.6 热重-差热分析（TG-DTA）31
• 2.4 碳纤维/聚碳酸酯复合材料的工艺流程31-32
• 第3章 碳纤维预处理以及性能分析32-47
• 3.1 引言32
• 3.2 碳纤维的表面清洗32-40
• 3.2.1 清洗装置的研制32-34
• 3.2.2 碳纤维的清洗实验阶段34
• 3.2.3 清洗对碳纤维质量的影响34-37
• 3.2.4 清洗对碳纤维表面形貌的影响37-38
• 3.2.5 清洗对碳纤维比表面积的影响38-40
• 3.3 表面氧化对碳纤维性能的影响40-45
• 3.3.1 碳纤维氧化处理方法40-41
• 3.3.2 碳纤维的比表面积分析41-42
• 3.3.3 碳纤维的XRD分析42-43
• 3.3.4 碳纤维的红外光谱分析43-44
• 3.3.5 碳纤维的表面形貌分析44-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第4章 碳纤维/聚碳酸酯复合材料制备研究47-53
• 4.1 引言47
• 4.2 碳纤维/聚碳酸酯复合材料的制备47-48
• 4.3 碳纤维/聚碳酸酯复合材料的激光功率选择48-51
• 4.3.1 力学性能测试分析49-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第5章 碳纤维/聚碳酸酯复合材料性能研究53-70
• 5.1 引言53
• 5.2 空气氧化对复合材料性能影响53-60
• 5.2.1 抗拉强度测试53-56
• 5.2.2 抗弯强度测试56-59
• 5.2.3 复合材料断口微观形貌分析59-60
• 5.3 液相氧化对复合材料性能影响60-64
• 5.3.1 抗拉强度测试60-61
• 5.3.2 抗弯强度测试61-62
• 5.3.3 复合材料断口微观形貌分析62-64
• 5.4 热重-差热分析64-65
• 5.5 复合材料耐湿热分析65-68
• 5.6 本章小结68-70
• 第6章 CBT/碳纤维/聚碳酸酯复合材料的研究70-75
• 6.1 引言70
• 6.2 实验方法70-71
• 6.2.1 CBT的处理70-71
• 6.2.2 CBT/碳纤维/聚碳酸酯复合材料的制备71
• 6.3 CBT浓度对复合材料力学性能影响71-73
• 6.4 本章小结73-75
• 第7章 结论75-77
• 参考文献77-87
• 作者简介87-88
• 致谢88

【参考文献】

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本文编号：385989