原位聚合制备MC尼龙6_碳纤维复合材料

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1、学校代码：10255学号：2160433东华大学硕士学位论文原位聚合制备MC尼龙6/碳纤维复合材料PREPARATIONOFMCNYLON6/CARBONFIBERCOMPOSITESBYIN-SITUPOLYMERIZATION专业：材料工程作者：杨凡指导教师：何勇答辩日期：2018年5月东华大学材料学院二Ｏ一八年五月东华大学硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名职称职务工作单位备注胡祖明教授博导东华大学无上海纺织特安纶事业王锋华教授级高工企业导师无部何春菊教授博导东华大学无孙俊芬副教授硕导东华大学无王连军教授博导东华大学无游正伟教授博导东华大学无朱姝讲师硕导东华大学无

2、范苏娜讲师无东华大学无东华大学硕士学位论文原位聚合制备MC尼龙6/碳纤维复合材料原位聚合制备MC尼龙6/碳纤维复合材料摘要相对于一般碳纤维增强热固性树脂复合材料而言，碳纤维增强热塑性树脂复合材料具有加工成型周期短、耐冲击性能优异、易修理及易回收等优点而越来越受到人们的关注。但是，作为高聚物的热塑性基体树脂的熔体黏度通常比热固性树脂预聚物高2-3个数量级，其流动性远劣于热固性树脂预聚物，导致热塑性基体树脂难以充分浸渍、复合连续碳纤维，成为限制连续碳纤维增强热塑性树脂复合材料发展的主要技术障碍之一。有鉴于此，本论文尝试采用真空灌注成型工艺（VARI）、通过己内酰胺原位阴离

3、子聚合制备单体浇注（MC）尼龙6/碳纤维热塑性复合材料，以避免尼龙6在熔融状态下粘度高、树脂基体对碳纤维浸渍困难的难题。论文第二章对MC尼龙6树脂聚合工艺进行研究。以己内酰胺为单体，选用氢氧化钠（NaOH）为引发剂、甲苯二异氰酸酯（TDI）为活化剂，通过改变聚合温度及时间制备了系列MC尼龙6并考察了聚合条件对阴离子聚合的影响。采用FTIR、DSC、TGA、WAXD等手段MC尼龙6性能进行评价。相对粘度测试结果显示聚合温度160℃、聚合时间40min得到的MC尼龙6相对粘度达4.84，粘均分子量达4到3.3×10g/mol；FTIR分析表明MC尼龙6的红外特征谱带商业尼

4、I东华大学硕士学位论文原位聚合制备MC尼龙6/碳纤维复合材料龙6的基本一致；DSC、TGA测试结果表明，聚合温度和聚合时间对聚合物热性能影响不大；WAXD测试结果表明所得MC尼龙6晶型为α晶型。论文第三章采用VARI工艺、通过原位阴离子聚合制备了系列MC尼龙6/碳纤维复合材料。采用微控电子万能试验机、FTIR、DSC、TGA、WAXD、金相显微镜、扫描电镜等对复合材料的力学性能、结构、热性能和形貌进行了评价。结果表明，在聚合成型温度为160℃、聚合成型时间40min时制备的复合材料的树脂基体的相对粘度达到43.82，粘均分子量达2.08×10g/mol；力学性能测试表

5、明，在此聚合成型条件下制备的复合材料拉伸强度为197MPa，断裂伸长率为5.9%，弯曲强度为310MPa，弯曲模量为26.6GPa；DSC测试表明复合材料中的基体树脂结晶温度与纯MC尼龙6基本相同，但较商业尼龙6有所下降。另一方面，复合材料中基体树脂的结晶焓和熔融焓均较纯MC尼龙6及商业尼龙6有显著提高，表明碳纤维对基体树脂的结晶有较明显的促进作用；TGA测试表明复合材料分解温度优于纯MC尼龙6，说明碳纤维的加入显著提高复合材料的热稳定性；WAXD对比结果显示，碳纤维对基体尼龙树脂的晶型没有影响；利用金相显微镜和扫描电镜对复合材料横截面、剪切面和拉伸断面的观察显示表明

6、MC尼龙6基体对碳纤维包覆充分、浸渍良好。以上结果表明通过VARI工艺制备尼龙6/碳纤维复合材料基本可行。论文最后总结了全文工作，分析了存在的主要问题。II东华大学硕士学位论文原位聚合制备MC尼龙6/碳纤维复合材料关键词：碳纤维增强热塑性树脂复合材料；MC尼龙6；连续碳纤维；原位阴离子聚合；真空灌注成型工艺III东华大学硕士学位论文原位聚合制备MC尼龙6/碳纤维复合材料PREPARATIONOFMCNYLON6/CARBONFIBERCOMPOSITESBYIN-SITUPOLYMERIZATIONABSTRACTCarbonfiber-reinforcedtherm

7、oplastichasattractedmoreandmoreattentionsduetoitsadvantagessuchasshortershapingtime,higherimpactstrengthandgoodrecyclabilityovercarbonfiber-reinforcedthermosetcomposite.However,themeltviscosityofthethermoplasticmatrixisusually100to1000timeshigherthantheuncuredthermosetsandtheme