尼龙_碳纤维复合材料的研究进展

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1、第12卷第3期新型碳材料Vol.12No.31997年9月NEWCARBONMATERIALSSep.1997尼龙/碳纤维复合材料的研究进展温变英李迎春张学东(华北工学院化学工程系,太原030051)摘要本文主要介绍了近期国外在碳纤维增强尼龙复合材料的加工应用及形态结构研究方面的进展,并对其技术开发动向和发展趋势进行了展望。关键词碳纤维增强尼龙复合材料1引言促使其使用量不断上升。二是费效比的不断降低,这主要归功于碳纤维工业能提供高质碳纤维是由碳原子为主要元素组成的一量的纤维以及纤维/基体掺混技术的不断进种纤维状物质,它既具有炭素材料的固有本步。碳纤维的规模

2、化生产,使其质量提高而价性,又具有金属材料的导电和导热性,陶瓷材格下降,而掺混技术的进步又使加入复合材料的耐热和耐蚀性,纺织纤维的柔软和可编料中的碳纤维比例不断上升,目前已可达体织性,以及高分子材料的轻质、易加工性能,积比例的60%以上。所有这些进步都使得碳是一材多能和一材多用的功能材料和结构材纤维复合材料的应用领域更加扩大。料,其应用范围十分广泛。碳纤维及其复合材尼龙是一种极为重要的热塑性工程塑料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、料,自50年代美国杜邦公司工业化生产以耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小来,已有近五十年的发展历史,目前位居工程等

3、一系列优异性能,它们既可作为结构材料塑料之首。尼龙本身虽是性能优异的工程塑承载负荷,又可作为功能材料发挥作用,因而料,但吸湿性大,制品尺寸稳定性差,强度与[1]近年来发展十分迅速。其中碳纤维增强尼硬度也远远不如金属,为了克服这些缺点,早龙复合材料在这一领域中占有重要地位。在七十年代以前,人们就采用碳纤维或其它品种的纤维进行增强以改善其性能。用碳纤2碳纤维增强尼龙复合材料维增强尼龙材料近年来发展很快,因为尼龙碳纤维增强热塑性塑料是碳纤维复合材和碳纤维都是工程塑料领域性能优异的材料中的一个重要分支,由于其性能优异,近年料,二者复合综合体现了各自的优点,强度与来

4、这种材料的用途及产量逐步扩大。70年代刚性比未增强的尼龙高很多,蠕变小,尺寸精以前,碳纤维增强热塑性塑料被看作是一种度好,热稳定性显著提高,耐磨,阻尼性优良,[2,3]昂贵的材料,价格约为玻璃纤维增强复合材与玻纤增强相比有更好的性能。对尼龙/料的十倍,只用于军工、宇航等尖端技术行碳纤维复合体系,目前国外大多采用尼龙-6业。80年代以后,碳纤维每年以百分之50%或尼龙-66作为基体材料,以短切或长(连以上的速度增长,其中有两个重要因素推动续)碳纤维作为增强材料。例如美国Wilson了碳纤维增强热塑性复合材料的发展,一是-Fiberfil国际公司使用40%碳纤

5、维增强尼对上述材料认识的不断深入,使其性能日趋龙-66,其弯曲强度提高到2758MPa,拉伸完善,可达到许多其它材料难以比拟的性能,强度达到317.2MPa,添加30%碳纤维,其磨·18·新型碳材料第12卷损因素达20,为尼龙-66本体的十分之一,沿纤维/基体内界面,对于轴向加载,断裂能添加20%碳纤维,其弯曲强度与添加40%的很大,断裂发展很快,断裂表面很光滑,而偏玻纤增强相同,达到294MPa。而纯尼龙-66轴加载则正相反,说明了纤维与基体解粘接树脂的拉伸屈服强度只有86MPa,悬臂梁缺是非取向材料断裂的主要形式。口冲击强度为69J/M。由此可见,碳纤

6、维对另据报导,对于半晶性短切碳纤维增强尼龙树脂的增强作用是显著的。尼龙-1010来说,刚性和强度随纤维的性能由于碳纤维增强尼龙材料具有很多优和体积含量而增加,其断裂特性强烈依赖于点,近年来一直是国内外工程塑料强韧化研纤维与基体的接合,起始于纤维末端的裂缝,究的一个重点,也取得了一些令人鼓舞的成不对直于纤维和未完全粘接的内表面,裂缝就,但对其结构、形态、性能、加工等方面的深沿基体或解粘接的纤维基体内表面传播以产入研究仍处于不断发展之中,其应用范围也生整个材料的裂纹,其间还存在着纤维抽出随之扩展。以及纤维裂纹,纤维种类和形态对于相间形态也极为重要,尽管如此,纤

7、维四周的晶型转3尼龙/碳纤维复合材料的研究换相对于压塑材料来说是不会轻易发生[5]的。进展[6,7,8]3.2加工方法及工艺研究碳纤维增强复合材料一直是被区分为长3.1断裂机理研究(连续)纤维和短纤维来加工的,从典型的日本工程人员研究了碳纤维增强尼龙层300～400米到几个毫米分为不同的品级。过压材料的脱层断裂等断裂机械特性,发现层去10年中,人们一直在改进不同种类的碳纤压复合材料展示了不稳定的“粘—滑”行为,维复合材料的性能和加工方法,从短纤维混这种行为存在于断裂传播中,尼龙/碳纤维复料注射加工到层压成型,从预浸料处理到模合材料的断裂韧性好于环氧树脂/碳

8、纤维复塑法加工,力求为这种性能优良的材料寻找合材料,这种“粘—滑”