碳纤维增强尼龙复合材料的研究

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1、山东科技大学本科毕业设计（论文）开题报告题目碳纤维增强尼龙复合材料的研究学院名称材料科学与工程学院专业班级高分子材料与工程2009-1学生姓名王晶学号200901130120指导教师张如良填表时间：2013年4月2日填表说明1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。4.参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。5.开题报告作为毕业设计（论文）资料

2、，与毕业设计（论文）一同存档。设计（论文）题目碳纤维增强尼龙复合材料的研究设计（论文）类型（划“√”）工程实际科研项目实验室建设理论研究其它√一、本课题的研究目的和意义聚酰胺(PA，俗称尼龙)是美国DuPont公司最先开发用于纤维的树脂，于1939年实现工业化。20世纪50年代开始开发和生产注塑制品，以取代金属满足下游工业制品轻量化、降低成本的要求。聚酰胺主链上含有许多重复的酰胺基，用作塑料时称尼龙，用作合成纤维时我们称为锦纶，根据二元胺和二元酸或氨基酸中含有碳原子数的不同，可制得多种不同的聚酰胺，目前聚酰胺品种多达几十种，其中以聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-6

3、10的应用最广泛[1]。尼龙是通用工程塑料中产量最大、品种最多、应用最广、性能优良的基础树脂。具有力学强度高、韧性好、耐磨等一系列优点。但由于尼龙的酰基和水分子之间容易形成氢键，因此有较大的吸水性，造成产品尺寸稳定性差，耐强酸强碱性差，干态和低温冲击强度低等[2]。为了克服这些缺点，提高尼龙材料的力学性能，扩大应用范围，国内外的研究者对尼龙6进行大量的改性研究和开发，例如采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维及芳纶纤维对尼龙进行增强，通过基体增韧、纤维结构的优化、混杂、纤维表面处理等途径对尼龙进行增韧等，研制开发出一系列综合性能优越、可满足特殊要求的改性尼龙新品种，可广泛

4、应用于汽车工业、航空航天工业、国防工业以及文体用品等，前景十分可观[3]。通过纤维改性尼龙能够大大提高尼龙的耐酸性耐碱性和物理性能，使其适用范围更广，因此用纤维改性尼龙具有很重要的意义。本课题将对此展开研究。二、本课题的主要研究内容（提纲）本次课题主要进行不同含量的碳纤维对尼龙基体增强效果的研究，采用了双螺杆挤出机共混改性后测试复合材料的力学性能。主要研究内容有：（1）碳纤维含量对尼龙基体增强的影响；（2）工艺参数对尼龙基体增强的影响；（3）尼龙种类对复合材料强度的影响；三、文献综述（国内外研究情况及其发展）目前研究的纤维改性尼龙有玻璃纤维改性尼龙、碳纤维改性尼龙、

5、芳纶纤维改性尼龙、玄武岩改性尼龙以及超高分子量聚乙烯纤维改性尼龙等，这里主要介绍玻纤改性尼龙和碳纤维改性尼龙。3.1玻璃纤维增强尼龙研究进展玻璃纤维增强复合材料，是以聚合物为集体，以玻璃纤维为增强材料而制成复合材料，综合了聚合物和玻璃纤维的性能，具有比强度高、耐腐蚀、隔热、成型收缩率小等优点。采用玻璃纤维增强尼龙可以成倍提高尼龙的强度，大幅度提高其热变形温度，是制造高强度耐热尼龙的有效途径。目前，国外对高GF含量PA66的研究较多，研制出的高GF含量的PA66材料具有高刚性。如美国杜邦公司生产的Zytel70G43LBK031，日本ICI公司的VertonRF700

6、-10和RA-D7008，日本Tonya公司生产的AirmanCM3001G45,德国BASF公司生产的UltramidA3WGIO以及法国Rhoda公司的TechnylA216V50,A218V40,A218V50等，玻纤含量高达50%。而国内目前由于工艺技术、设备等原因的困扰，玻纤含量最高只能达到40%左右，并且由于工艺技术的欠缺，造成产品强度低、流动性差、玻纤外露严重，产品档次一直在中低档产品中徘徊，对于高玻纤含量产品，国内使用的高玻纤增强尼龙为进口材料。随着应用市场的飞速发展，对玻纤增强尼龙提出更高的要求。国内对玻纤增强尼龙材料进行了大量理论研究和产品开发。

7、从基体中玻纤含量、玻纤的尺寸、玻纤的分散性、玻纤与尼龙基料的粘结程度、各种助剂的正确使用以及工艺条件的调整等不同的方面进行研究以达到增强的目的。研究情况如下：孙红玲[4]用硅烷偶联剂KH550对长玻纤进行表面处理后采用熔融共混法制备了尼龙66/长玻纤复合材料，分析了玻纤含量、温度对复合材料热膨胀系数的影响。结果表明，随着玻纤含量的增加复合材料的热膨胀系数显著下降；随着温度的升高，复合材料的热膨胀系数先增大后减小最后趋于平衡。王艇[5]以通用聚酰胺为基体，以短切玻璃纤维（事先以硅烷偶联剂进行表面处理）对其进行共混改性。实验测得当玻璃纤维用量约为30%时，材料的拉伸