碳纤维增强尼龙.ppt

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1、碳纤维增强尼龙复合材料李俊霞20070181材料0708碳纤维增强尼龙复合材料摘要：综述了碳纤维增强尼龙的发展过程，分别介绍了连续纤维和三维编织碳纤维增强尼龙的力学性能以及应用。关键词：连续碳纤维、三维编织碳纤维、尼龙、力学性能、复合材料liuq1217@163.com尼龙材料尼龙作为一种极为重要的热塑性工程塑料，自上世纪5O年代美国杜邦公司工业化生产以来，已有五十年的发展历史，目前位居工程塑料之首。6O年代后发展起来的铸型尼龙(MCPA)合成技术，又将尼龙的使用推上了一个新的台阶。与普通尼龙相比，铸型尼龙具有聚合温度低、工艺简单、结晶度高、分子量大、机械强度高等特点，目前其制品已广

2、泛应用于汽车、机械、石油化工、纺织、交通、建筑、冶金等行业，且已收到明显的社会效益和经济效益。一、前言：liuq1217@163.com尼龙材料尼龙本身是性能优异的工程塑料，但吸湿性大，制品尺寸稳定性差．强度与硬度也远远不如金属．为了克服这些缺点，早在70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．liuq1217@163.com碳纤维增强尼龙复合材料用碳纤维增强尼龙材料近年来发展很快，因为尼龙和碳纤维都是工程塑料领域性能优异的材料，其复台材料综台体现了二者的优越性，如强度与刚性比未增强的尼龙高很多，高温蠕变小，热稳定性显著提高了，尺寸精度好，耐磨。阻尼性优良，与

3、玻纤增强相比有更好的性能。因而碳纤维增强尼龙(CF／PA)复合材料近年来发展很快。目前国内外CF／PA复合材料主要是以短切或长碳纤维增强PA6、PA66等基体。liuq1217@163.com碳纤维增强尼龙复合材料例如美国Wilson—Fiberfil公司使用40％碳纤维增强PA一66，其弯曲强度可达2758MPa，拉伸强度可达到317．2MPa，而纯尼龙66树脂的拉伸强度只有86MPa。CFRPA66已广泛应用于汽车工业、体育用品、纺织机械、航空航天材料等领域。liuq1217@163.com连续碳纤维增强尼龙复合材料力学实验试验所用材料为自制MC尼龙、连续碳纤维增强MC尼龙(简称

4、CCF／MCPA)，碳纤维的体积分数为l2％～24％。碳纤维为T300高强度聚丙烯腈基碳纤维，其密度为1．76g／cm3，单纤直径为6-8微米，由日本进口，将碳纤维进行450℃／h空气氧化处理。摩擦磨损试验在MM一200型摩擦磨损试验机上进行，试样尺寸为25mm×7mm×6mm，表面经600#砂纸打磨。对磨偶件为45#钢试环，热处理硬度为40～45HRC，直径40mm，厚度10mm，表面粗糙度Ra=0.32-0.63微米。用丙酮清洗试样和试环表面。滑动速度为0．42m／s。试验载荷分别为50N、150N、250N，滑动时间为60min。实验内容：liuq1217@163.com连续碳

5、纤维增强尼龙复合材料力学实验通过记录摩擦力矩T(取记录平均值)及环的半径r和载荷P，利用公式μ=T／(rP)计算得到摩擦系数。通过测量磨痕的宽度计算出磨损体积，再计算出单位体积和单位载荷下的磨损体积损失，并以此评价磨损率w。采用Neophot光学显微镜观察和分析偶件试环磨损表面形貌，并进而分析材料转移情况及磨损机理；采用XL30ESEM型扫描电子显微镜观察磨痕及磨屑的形貌。liuq1217@163.com连续碳纤维增强尼龙复合材料力学实验表1为不同碳纤维体积分数CCF／MCPA的力学性能数据，由表可知，复合材料的弯曲强度、弯曲弹性模量、冲击强度和平面剪切强度随碳纤维含量的增加而提高，

6、横向剪切强度略有下降。liuq1217@163.com连续碳纤维增强尼龙复合材料力学实验根据复合材料混合定律，随着碳纤维含量的增加，复合材料的强度增大，材料宏观表现为强度增加。CCF／MCPA的剪切强度由基体与纤维共同决定，且纤维的强度远高于基体，此时，其平面剪切强度主要受纤维控制，基体主要传递载荷的作用，所以，纤维体积含量越高，CCF/MCPA的平面剪切强度越大，与复合材料的混合定律一致。liuq1217@163.com连续碳纤维增强尼龙复合材料力学实验在低载荷时，由于基体MC尼龙已处于粘流态转变阶段，摩擦系数高，粘着转移严重。而在更高载荷时，在摩擦温度的作用下，材料的表层粘度下降

7、，起到润滑剂的作用，摩擦系数小，磨损率也降低。摩擦系数与载荷的关系磨损率与载荷的关系liuq1217@163.com连续碳纤维增强尼龙复合材料力学实验图2复合材料磨损表面及磨削形貌的SEM照片在载荷为50N和250N时，磨损表面均裸露出大量纤维，一方面起承载作用，另一方面可阻止偶件表面微凸体对基体的切削作用，降低磨损率。250N时，纤维因磨损逐渐变细，由于没有基体的支撑和保护，纤维最终断裂脱落。liuq1217@163.com连续碳纤维增强尼龙复合材料力学