高性能连续纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备及性能研究

发布时间：2017-12-15 06:30

  本文关键词：高性能连续纤维增强聚醚醚酮复合材料的制备及性能研究

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【摘要】：由于短纤维或长纤维增强热塑性树脂基复合材料的机械强度不能满足一些航空航天领域的要求,且连续纤维增强热塑性复合材料相对于热固性复合材料具有成型周期短、可重复加工和韧性高等优点,使得连续纤维增强热塑性复合材料越来越受到航空航天领域的关注。聚醚醚酮作为一种半结晶性的热塑性聚合物,其优异的综合性能,使得它被视为高性能纤维增强热塑性基复合材料基体的典型代表。但是由于聚醚醚酮树脂不溶于有机溶剂,无法采用溶液预浸制备连续纤维增强复合材料,而采用熔体预浸方法,其熔体黏度高,这使得制备性能优异的连续纤维增强聚醚醚酮(CXF/PEEK)复合材料十分困难。为了解决基体浸润困难的问题,课题组早期通过包缠纱线的形式,将聚醚醚酮纤维与碳纤维紧密地混合在一起,然后将包缠纱线织制成单向布用于热压成型,制备出单向CXF/PEEK复合材料。但是混合织制工艺复杂、耗时长,因此本论文通过缠绕预制成型的方法,研究制备单向CXF/PEEK复合材料。通过将包缠纱线缠绕并制成预制片,随后采用热压成型方法制备单向CXF/PEEK复合材料,保证了纤维的平直性和树脂熔体对纤维的浸润性,提高了复合材料的机械性能。基于不同的需求,采用包缠纱预成型法分别制备了单向连续碳纤维增强聚醚醚酮(CCF/PEEK)复合材料和单向连续玻璃纤维增强聚醚醚酮(CGF/PEEK)复合材料,并系统研究了成型工艺对两种复合材料结构和性能的影响。研究表明,由于碳纤维导热性较好,相对于绝热的玻璃纤维增强体系,其复合材料加工成型时,基体树脂通常会在相对较低的成型温度和较短的模压时间下发生热降解。适当地增加模压时间有利于基体熔体对纤维的浸润,改善复合材料机械性能。冷却速率对复合材料拉伸和弯曲性能的影响不是十分明显,而层间剪切强度由于基体结晶度的变化会随着冷却速率的增加而明显减小。对于单向CGF/PEEK复合材料,成型温度和模压时间对于其热性能和机械性能的影响十分相似,表现出明显的时温等效性规律。基体树脂对纤维的浸润性会随着成型温度和模压时间的增大而改善,但由于树脂基体对高温热降解的敏感性,延长模压时间更有利于改善复合材料的机械性能。随着冷却速率增大,由于基体结晶度的降低,CGF/PEEK复合材料机械性能出现不同程度的降低,但由于基体对纤维的浸润性变化很小,机械性能的变化并不明显。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ327

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本文编号：1290992