《连续纤维增强热塑性复合材料力学性能及界面结构的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《连续纤维增强热塑性复合材料力学性能及界面结构的研究（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘 要 连续纤维增强高性能热塑性复合材料因为具有高强度、高模量、耐高 温、耐腐蚀、耐核辐射等优异性能，为聚合物基复合材料拓宽了应用领域， 具有广阔的发展前景。 碳纤维增强杂禁联苯聚醚飒 ( C F / P P E S )和碳纤维增强杂蔡联苯聚醚酮 ( C F / P P E K )是两种新型高性能热塑性复合材料，本文对这两种复合材料的 成型工艺、常温和高温力学性能以及界面状态和结构进行了研究与探讨，并 且对其高温力学性能进行了 预测，从而为进一步研究和应用这种高性能热塑 性复合材料提供一定的参考依据。 本文采用预浸热压成型工艺来制备 C F / P P E S和
2、 C F / P P E K单向复合材 料，并对其浸渍工艺和成型工艺进行了研究，确定了主要的工艺参数。并对 两种单向复合材料的常温及高温力学性能进行了测试与分析，研究了复合材 料在高温条件下力学性能及其保留率的变化规律。研究发现，C F / P P E S和 C F / P P E K具有良 好的力学性能，特别是其弯曲强度和层间剪切强度尤为突 出。 而且，C F / P P E S和 C F / P P E K在 2 5 0 C 高温条件下的拉伸和弯曲强度及 模量的保留率均达到 6 0 %以上。利用 T r - n预测模型对这两种复合材料高温 力学性能进行预测，预测结果与实验所得的高温力学性能
3、基本吻合，从而验 证了这个模型的可行性。 由于树脂基复合材料中增强材料与基体间应力传递取决于界面，而界面 结构的表征至今仍是一个难题，人们对界面结构，特别是热塑性复合材料界 面近程结构的认识不足，限制了这类材料的设计与应用。本文利用扫描电子 显微镜 ( S E M)和 X 一 射线光电子能谱 ( X P S ) 研究了这两种复合材料的界 面状态与结构，证明了纤维与聚合物的界面上确实有新的化学结构出现，使 C F / P P E S和 C F / P P E K的界面形成强的物理与化学作用。 关键词C F / P P E S : C F / P P E K :力学性能;界面结构:预测模型 哈尔滨
4、工业大学工学硕士学位论文 Ab s t r a c t C o n t i n u o u s f i b e r r e i n f o r c e d h i g h - p e r f o r m a n c e t h e r m o p l a s t i c c o m p o s i t e s h a d h i g h s t r e n g t h , h i g h s t i ff n e s s , h i g h t e m p e r a t u r e r e s i s t a n c e , c o r r o s i o n a n d n u c l e
5、 a r r a d i a t i o n r e s i s t a n c e , e t c . I t w a s t h e n e w a p p l i c a t i o n o f p o l y m e r m a t r i x c o m p o s i t e s , a n d i t w o u l d b e w i d e l y u s e d i n t h e f u t u r e . C a r b o n f i b e r r e i n f o r c e d P o l y P h t h a l a z i n o n e E t h e
6、 r K e t o n e ( C F / P P E K ) a n d c a r b o n f i b e r r e i n f o r c e d P o l y P h t h a l a z i n o n e E t h e r S u l f o n e ( C F / P P E S ) c o m p o s i t e s w e r e n e w k i n d s o f h i g h - p e r f o r m a n c e t h e r m o p l a s t i c c o m p o s i t e s . I n t h i s p a
7、 p e r , t h e p roc e s s i n g m e t h o d s , m e c h a n i c a l p r o p e rt i e s u n d e r n o r m a l a n d h i g h t e m p e r a t u r e , a n d t h e i n t e r f a c i a l s t a t e a n d s t r u c t u re o f t h e t w o k i n d s o f c o m p o s i t e s w e r e r e s e a r c h e d a n d d
8、 i s c u s s e d , t h e n t h e m e c h a n i c a l p r o p e rt i e s o f t h e t w o k i n d s o f c o m p o s i t e s u n d e r h i g h t e m p e r a t u r e w e r e f o re c a s t e d . T h e r e s u l t s o f t h e w o r k c o u l d o ff e r s o m e r e f e r e n c e t o t h e s t u d y a n d
9、a p p l i c a t i o n o f t h e h i g h - p e r f o r m a n c e t h e r m o p l a s t i c c o m p o s i t e s . C F / P P E K a n d C F / P P E S u n i d i r e c t i o n a l c o m p o s i t e s w e r e p e r f o r m e d t h r o u g h t h e p r e p r e g h o t - p r e s s i n g . T h e i n f i l t r
10、a t i o n p r o c e s s a n d h o t - p r e s s i n g m e t h o d s w e r e r e s e a r c h e d , a n d t h e m a i n p r o c e s s i n g p a r a m e t e r s w e r e d e t e r m i n e d . Mo r e o v e r , t h e m e c h a n i c a l p r o p e rt i e s o f C F / P P E K a n d C F / P P E S u n i d i r
11、e c t i o n a l c o m p o s i t e s u n d e r n o r m a l a n d h i g h t e m p e r a t u re w e r e m e a s u r e d a n d a n a l y z e d . T h e v a r i a t i o n o f t h e m e c h a n i c a l p r o p e rt i e s a n d h o l d i n g r a t i o o f t h e c o m p o s i t e s u n d e r h i g h t e m p
12、e r a t u r e w e re a n a l y z e d . T h e s t u d y r e v e a l e d t h a t C F / P P E K a n d C F / P P E S h a d g o o d m e c h a n i c a l p r o p e rt i e s , a m o n g w h i c h t h e b e n d i n g a n d i n t e r l a m i n a r s h e a r s t r e n g t h w e r e m o r e o u t s t a n d i n
13、g . T h e h o l d i n g r a t i o o f t h e t e n s i l e a n d b e n d i n g s t r e n g t h a n d m o d u l e o f t h e c o m p o s i t e s u n d e r 2 5 0 0C c o u l d r e a c h u p w a r d s o f 6 0 % . T h e h i g h t e m p e r a t u r e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f C F / P P E K
14、 a n d C F / P P E S w e r e f o r e c a s t e d b y u s i n g T r - n p r e d i c t e d m o d e l , t h e f o r e c a s t e d r e s u l t s w e r e f o u n d t o t a l l y t o t h e t e s t r e s u l t s . T h e f e a s i b i l i t y o f t h e T r - n m o d e l w a s v e r i f i e d . T h e s t r e
15、 s s t r a n s f e r b e t w e e n f i b e r s a n d m a t r i x o f r e s i n - ma t r i x c o m p o s i t e s w a s d e t e r m i n e d b y t h e i n t e r f a c e . I t w a s s t i l l a d i f f i c u l t p r o b l e m t o e x p l a i n t h e i n t e r f a c i a l s t r u c t u r e . P e o p l e
16、h a d o n l y l i t t l e k n o w l e d g e o f t h e i n t e r f a c i a l s t r u c t u r e , e s p e c i a l l y t h e s h o rt r a n g e s t r u c t u r e , s o t h e d e s i g n a n d a p p l i c a t i o n o f t h e m a t e r i a l s 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 w e r e r e s t r i c t e d . I n t h i s p a p e r , t h e i n t e r f a c i a l s t a t e a n d s t r u c t u r e o f t h e C F / P P E K a n d C F / P P E S c o m p o s i t e s w e r e r e s e a r c h e d b y s c a n n i n g
