非連續(xù)碳纖維增強(qiáng)聚醚砜樹脂基復(fù)合材料的制備工藝與力學(xué)性能研究.pdf

1、本文以高性能熱塑性樹脂聚醚砜(PES)為基體，添加磨碎碳纖維(CFP)和短碳纖維(SCF)作為增強(qiáng)相，采用模壓工藝制備了力學(xué)性能優(yōu)異的CFP/PES和SCF/PES復(fù)合材料，研究了纖維長(zhǎng)度及體積分?jǐn)?shù)、混料工藝、纖維表面氧化處理等對(duì)復(fù)合材料性能的影響，并通過對(duì)斷口進(jìn)行掃描電鏡觀察分析了其影響機(jī)制。研究表明:
　　對(duì)于PES樹脂，隨著加熱溫度的提高和加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，其流動(dòng)性不斷提高，試樣的致密度和拉伸性能逐漸增大;而繼續(xù)提高溫度和延長(zhǎng)

2、時(shí)間后，樹脂氧化變質(zhì)的傾向也會(huì)愈加明顯。370℃下加熱90min時(shí)，PES試樣的拉伸強(qiáng)度為84.6MPa，拉伸彈性模量為2603MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為48.2％，與廠家給出的理論值基本符合，選為最終加熱方案。
　　對(duì)于CFP/PES復(fù)合材料而言，濕法混料能使纖維與樹脂混合更均勻，同體積分?jǐn)?shù)下，采用濕法混料制得試樣的強(qiáng)度、剛度以及斷裂延伸率均優(yōu)于干法混料。隨著碳纖維體積分?jǐn)?shù)的增加，CFP/PES試樣的剛度逐漸增大，斷裂延伸率逐漸減小，

3、而強(qiáng)度則先增大后減小。采用濕法混料，添加10％CFP時(shí)復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能最佳，此時(shí)拉伸強(qiáng)度為108.8MPa，拉伸彈性模量為5401MPa，斷裂延伸率為14.8％，彎曲強(qiáng)度為165.1MPa，彎曲模量為5090MPa，相比于純PES而言，綜合力學(xué)性能得到較大提高。
　　通過空氣氧化處理，碳纖維表面的弱界面層被分解，同時(shí)表面出現(xiàn)的溝槽和刻痕增大了碳纖維表面的粗糙度，使得碳纖維與PES樹脂的機(jī)械嵌合作用及錨錠效應(yīng)增強(qiáng)。但氧化過度后

4、，碳纖維表面的刻痕深入纖維本體內(nèi)部，嚴(yán)重?fù)p害了纖維本體的強(qiáng)度。
　　對(duì)于添加10％氧化處理后的CFP，并采用濕法混料制備的CFP/PES復(fù)合材料，隨著氧化溫度的提高和時(shí)間的延長(zhǎng)，試樣的強(qiáng)度和彈性模量均先增大后減小，而斷裂延伸率則不斷提高。CFP經(jīng)500℃空氣處理60min后，CFP/PES的綜合力學(xué)性能最佳，此時(shí)拉伸強(qiáng)度為135.8MPa，拉伸彈性模量為5834MPa，斷裂延伸率為25.5％，彎曲強(qiáng)度為202.7MPa，彎曲模量為

5、5634MPa。
　　對(duì)于添加不同長(zhǎng)度、體積分?jǐn)?shù)的500℃空氣處理60min的SCF制備的SCF/PES試樣，隨著碳纖維體積含量的增加，復(fù)合材料的強(qiáng)度總體呈先增大后減小的趨勢(shì)，而彈性模量逐步提高，斷裂延伸率則逐漸減小。同一體積分?jǐn)?shù)下，纖維長(zhǎng)度越長(zhǎng)，強(qiáng)度和斷裂延伸率越低，但對(duì)彈性模量影響甚微。加入25％的2mm長(zhǎng)SCF的試樣綜合力學(xué)性能最佳，此時(shí)拉伸強(qiáng)度為138.7MPa，彎曲強(qiáng)度為213.7MPa，拉伸彈性模量為8452MPa，彎