碳纤维增强pvc复合材料技术研究

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1、碳纤维增强PVC复合材料技术研究摘要：聚氯乙烯是我国产量最大的热塑性树脂之一,但当它单独用作结构材料时，它的拉伸强度、硬度、弯曲模量及软化点较低，因此本文将采用短切碳纤维与PVC复合，通过配料混匀→混炼→压片→裁样条→力学性能测试的工艺流程，对制得的试样进行缺口冲击试验、拉伸性能测试等，分析了短切碳纤维含量对PVC复合材料力学性能的影响以达到改良其特性的目的，为最终实现工业化生产奠定基础。关键词：碳纤维复合材料聚氯乙稀冲击强度断裂应力屈服应力断裂伸长率弹性模量聚氯乙烯是我国产量最大的热塑性树脂之

2、一。它的主要优点是断裂韧性好，抗冲击性强，电绝缘性好，耐化学性好，成型工艺简单，成本低。但是当它单独用作结构材料时，它的拉伸强度、硬度、弯曲模量及软化点较低。为了改善PVC的性能，发展了用纤维类增强材料作为增强剂的复合材料。它是结构复合材料中发展最早、研究最多、应用最广、规模最大的一类复合材料。在本论文中将采用短切碳纤维与PVC复合。短切碳纤维与连续纤维复合材料相比，短切纤维复合材料因其模压性能好、制造工艺比较简单，适合于大规模生产，因而能大大提高生产效率和大幅度降低成本。随着现代科学技术的进步

3、，纤维增强树脂基复合材料在体育卫生、建筑化工、交通运输以及航空航天各个领域中的应用日益广泛，并越来越受到人们的重视。纤维增强树脂基复合材料的应用发展如此迅速，是与其固有特点分不开的。这些特点主要是：比强度及比模量高，性能的可设计性及制件可一体成型。这三项主要优点归结起来可以说：人们能够根据使用性能的需要设计材料，使形状复杂的制件一次成型并得到轻质高性能的制件。纤维增强树脂基复合材料不仅具有很高的力学强度，特别是耐疲劳性，在重复的外力作用下，材料的性能不会明显降低。纤维增强树脂基复合材料还具有突出

4、的抗蠕变性能，在这些方面，其他的塑料改性方法是无法与之媲美的。树脂通过纤维增强构成复合材料是大幅度提高其综合性能的有效途径。本文选用在各个行业中应用广泛的热塑性高分子通用型树脂PVC作为基体材料，用碳纤维对其进行物理改性。碳纤维是一种具有高拉伸强度、高拉伸模量、低密度、耐高温、抗烧蚀、耐腐蚀、高电导和热导、低热膨胀、自润滑等性能的新材料，已被越来越广泛地应用于纤维增强复合材料中，是一种性能优良的增强材料。本文用短切碳纤维增强PVC制得复合材料。对于短切碳纤维增强PVC复合材料的研究中，我们测试了

5、试样制品的冲击强度和拉伸性能，探讨短切碳纤维含量对复合材料力学性能的影响。我们采用短切PAN基碳纤维增强PVC树脂，通过配料混匀→混炼→压片→裁样条→力学性能测试的工艺流程，对制得的试样进行缺口冲击试验、拉伸性能测试等：通过实验分析了短切碳纤维含量对PVC复合材料力学性能的影响，得出以下结论：（1）对冲击强度的影响：在短切碳纤维含量为0％～10％以内，含量愈高则冲击强度愈高，材料抵抗外力冲击破坏的能力强，材料韧性好。从10％以后，随短切碳纤维含量的增加，其冲击强度降低，说明其抗冲击破坏能力弱，材

6、料的韧性差。（2）断裂应力和屈服应力的影响：在0％～30％以内它们匀随短切碳纤维含量的增加而增大，说明强度大。当超过30%以后，则随之增加而降低，说明其强度小。（3）断裂伸长率的影响：随短切碳纤维含量的增加而降低，说明材料受拉伸时变形能力差，容易发生断裂。（4）弹性模量的影响：在短切碳纤维含量为40％～70％之间，弹性模量随含量增加而降低，说明了其刚性降低了。综上所述，短切碳纤维含量在30wt%是时的增强效果最好。同时说明了纤维增强基体的效果，在某个合理的纤维体积分数Vf(在复合材料中纤维所占的

7、体积百分比)范围内，与Vf成正比。Vf太小了起不到增强效果，纤维在基体应变稍大时就已大量断裂，在基体中造成很多缺陷，反而使强度下降，是不可取的；Vf太大在工艺上不易操作(例如短纤维增强复合材料)，纤维和基体间由于粘结变差，缺陷增多，界面强度下降。韧性基体在复合材料中的体积分数减小了，脆性纤维的体积分数增大了，使复合材料的韧性减小，抗冲击和断裂的性能下降，达不到良好的增强效果，也是不可取的。参考文献[1]王善元等《.纤维增强复合材料》.中国纺织大学出版社，1998，P4[2]<美>RogerF.J

8、ones.《短纤维增强塑料手册》.化学工业出版社，2002，P1[3]王荣国等《.复合材料概论》.哈尔滨工业大学出版社,1999，p1[4]陈杰.国内外聚氯乙烯工业生产技术进展.当代石油石化，2002，10(3)：17～22[5]董洪斌等.我国聚氯乙烯市场浅析.化工技术经济，2002，20(5)：38～40[6]刘启照.我国聚氯乙烯工业生产技术进展.聚氯乙烯，2001，4：1～6[7]高军刚等.改性聚氯乙烯新材料.化学工业出版社.2002[8]崔丽梅等.我国硬质聚氯乙烯增韧改性的进展.聚氯乙烯，