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1、分类号 UDC ；l 左 密级公，。丹 编号同等掌力 学位论文 C F P E E K 复合材料工艺的研究 隋月梅 指导教师姓名孙志忠学衔、职务教授 申请学位级别理学硕士 学科专业及方向有机化学药物合成与新药开发 论文提交日职2 0 0 5 辱周旦 论文答辩日期；呻j 年月目 学位授予单位和日期黑龙江大学 2 0 0 5 每周旦 答辩委员会主席 弧 评阅人鹜熬釉意澈 外文摘要 A b s t r a c t T h i sp a p e ri sd i r e c t e da g a i n s th i g hp e r f o m l a n c et h e r m o p l a s
2、 t i cm a t r i x c o m p o s i t e sp r o c e s s i n gt e c h n i q u e si np a r t i c u l a r A st h et h c r m o p l a s t i cm a t r i x m e l tv i s c o s i t yi s v e r yh i g h ，i ti s d i f f i c u l tt o i m p r e g n a t ef i b c lS ，S Oh i g h m a n u f a c t u r i n gt e m p e r a t u
3、r ea n dp r e s s u r ea r en e e d e d ，W ep u tf o r w a r dt h et w o c o n c e p t so f “i n t r a p l yc o m b i n a t i o n a n d “i n t e r l a m i n a rc o m b i n a t i o n “ T h e “i n t r a p t yc o m b i n a t i o n ”C a l lb er e a l i z e dt h r o u g hm e hi m p r e g n a t i o np l O
4、 C C S S A c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i e so fC F P E E Kc o m p o s i t e sm e l ti m p r e g n a t i o n p r o c e s s i n g ，w ed e s i g n e das e to fi n s t a l l a t i o n f o rm e l t i m p r e g n a t i o n F h i s d e v i c ep o s s e s s e sm a n yf u n c t i o n ss u
5、c ha sf i b e rt e n s i o nc o n t r o l 、f i b e r d i s p e r s i o na n dt h ee l i m i n a t i o no fD P S iS ow ec a nd e t e r m i n et h ea p p r o p r i a t e p r o c e s s i n gr o u t ef o rt h eP E E Ka n dD P Sm i x t u r e W ea l s om a k eat h r o u g h i n q u i r yi n t ot h ee f f
6、e c to fc a r b o nf i b e rd i s p e r s i o nf i b e rt e n s i o na n dp i no nt h e i m p r e g n a t i o np r o p e r t i e so f ( ? F P E E Kc o m p o s i t e s w em a k ea ni n q u i r yi n t o t h ee f f e c to fm a t e r i a lp a r a m e t e r sa n dp r o c e s s i n gp a r a m e t e r so n
7、t h eC F P E E K c o m p o s i t e sm e l ti m p r e g n a t i o np r o c e s s i n g K e y w o r d ：t h e r m o p l a s t i c m a t r i x c o m p o s i t e s ，P E E Km e l t ，C ? ，m e l t u n p r e g n a t m n 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 引言 本文主要研究以P E E K 为基体连续碳纤维增强高性能热塑性树月日甚 复合材料及其拉挤技术和“原位固结”缠绕技术。先后探i 、fr (
8、 1 r 陀I ，K 复合材料的基体特性、材料性能以及拉挤技术和“蟓 口I 州护缠绕投术 以后，认识到，热塑性基体复合材料由于基体分子结构的特点，使其与 热固性复合材料在复合工艺上有着本质的区别。 热塑性树脂基复台材料复合工艺的突出特点是：在熔融状态，树脂 熔体粘度大，浸渍纤维困难。欲得N L E 4 L 隙率的密实结构，存成犁过利 中通常需要施加足够的成型压力和较高的成型温度。拍挤r 艺州缚绕I 艺均属于于连续成型工艺，在工艺过程中同时实现“高温”和“岛J k ” 这两个工艺条件是很困难的，尤其是“高压”。为r 肼决返天键叫题， 可以把缠绕和拉挤工艺分为两个步骤完成：首先制备浸渍完令的预浸带
9、， 达到“层内复合”：在缠绕和拉挤工艺过稗l 丰】，将颅浸带热争熔剐 f ，施 加较小的压力，排除预浸带界面之扫j 的孔隙，使之衙爻，史埘“J ，J 复 合”，形成低孔率的复合材料结构。由此可知，“层内复合”技术是热崾 性树脂基复合材料的关键复台技术之。实现C I ：P E E K 复合村利“易：内 复合”的熔融浸渍技术作为该项目的研究重点，并投入大量资会研究 C F P E E K 的熔融浸渍技术和熔融浸渍设备。目前，基本匕l 成r r j P Er ：l ( 复合材料的熔融浸渍技术研究，确定了可以连续化，卜1 6 的7 ，l ! i i K 硬会 t 材料熔融浸渍工艺路线、设计、加l _
10、，安装厂熔融浸渍机组，? 本沦爻的 内容就是陔项研究的一部分。 黑龙江大学硕士学位论文 1 2 热塑性树脂基复合材料的研究意义 树脂基复合材料作为一种高比模、比强的结构材料在航空、肌人、 石油化工等领域已获得广泛的应用。但是，传统的热固性树脂基复合材 料由于耐热性不足、抗损伤能力低、层恻断裂韧性差等缺点：极犬地瞅 制了树脂基复合材料的进。步推J “和应用。表1 1 列mJ 7 航空干目庀人、 交通运输及化工等工业领域对复合材料用基体树脂的。r t 能指枷i 。t J t 嵌 1 1 可以看出，典型的环氧树脂的力学性能均I J 以满址复i t 利利旧改“ 要求，具有很好的抗溶剂性，但是，它的酬热
11、性和韧性则达不到材料设 计的指标，尤其是韧性。环氧树脂的断裂延伸率小，断裂韧性仪J , j0 J7 ，远远低于设计值。 表11 基体树脆性能指标 典刑的环氧 性能虽小值设计值 ( 1 7 5 ) 拉伸强度( M P a ) 7 0 1 0 07 0 7 5 拉伸弹性模茸( G P a ) 2 O ： ( j3 8 断裂延伸率( ) 5j 1 ( ) 断裂韧性( k m ) ：，一)JH( jI 玻璃化转变温度( ) 1 2 1 ) 1T 7 1 2 l 抗溶剂性相当J 坪瓴 仇 4 在航天工业中，复合材料若作为主结构材料，其断裂伸长率应达到 2 ，而目前的树脂复合材料的断裂伸长率一般只有1 1
12、 。尤其是增强材 料的迅速发展，如F 1 本的T 1 0 0 0 碳纤维，其强度已达7 0 6 ( ；P a ，断裂伸 长率为2 O ，更迫切地要求具有相应性能的壁本材判州l 胆配，以扶最他 的力学性能。通常认为，结构复合材料的基体断裂仲t Ls , , z 为增强作j H ， 而环氧树脂的断裂延伸率一般为1 左右。为此，复合材料研究人员将提 高树脂基体的韧性和耐热性，提高复合材料的抗分层能力和抗损伤能力 作为研究目标。 第1 章绪论 表1 2 树脂基体的热性能车结品r 聚合物T g ( ) T m ( ) 结品度粘度( P a s ) J 一聚合物 1 5 5 - - 1 0 0 0 P E
13、 E K1 5 63 3 82 b2 0 0 ( K 一聚合物 2 5 0 l ) ) f ) ( j N 一聚台物 3 5 0 -_ 1 0 0 ( ) 0 0 P E E K1 4 43 4 0：j ：33 5 0 0 H T X2 0 53 8 32 ( ) _ P P S8 5 2 8 5 _ P A S 一2 2 1 5 - P E l2 I7 _ 圳) 0 0 P E S2 6 0 _ -r- P A l2 8 8 _ ， ? 1 0 ) ) 为达上述目标，人们试图分别从两条途释束提高树月* 轼体的M 陀和 耐热性：途径之一是对现有的热固性树脂进行增韧改性：途径之二是寻 求新的韧性
14、材料作为树脂基体。到目前为止，人们普遍地认为热塑性聚 合物具有很大的潜力，是种可供选择的基本材料。 表1 ，3 ”树脂基体的力学性能 聚合物弹性模量( G P a )强度( M P a )l _ l 正伸率( )断裂能 环氧 4 2 48 2l( kJ | m 】 J 一聚合物 3 1 l1 0 l2 30 1 P E E K4 5 01 0 242 ( ) K 一聚合物 37 61 ( ) 214I ( ) N 一聚合物 4 171 1 0618 P E E K37 91 0 ：jl l H T X2 4 8 8 6l3：( ) P P S3 9 l P , O： P A S 一2 32 8
15、l O l8 P E l29 61 0 46 0 P E S2 ，4 1 7 6725 P A l33 01 3 62 5 31 黑龙江大学硕士学位论文 进入本世纪，由于解决了连续纤维的浸渍技术问题，高性能热塑性 基本复合材料取得了突破性进展。以聚醚醚酮( P E E K ) 为代表的新型特 种工程塑料的相继问世，如：P P S 、P E S 、i ，I 等，它们； 彳丁良女r 的御忭和 耐热性，可以作为较理想的复合材料的糕体材料。 由表1 2 词知， ：述离性能热塑性聚合物均H 仃良好f | 。| 刊热阽，也 括高的玻璃化转度温度和较高的熔融温度T m ，可以满足航天部门对材料 耐热性的要求，但是，这棒的聚合物均具有较岛的熔体秕壁? 由表1 3 可知热塑性聚合物的断裂延伸率车断裂韧陀均人 。传统 的环氧树脂，其断裂延伸率均大于6 。具有代表性的高性能聚合物I 11 I ? K ， 其断裂韧性为2 O k J m ，是环氧树脂的2 0 倍，是航天结构复合十于料的 理想基体材料。 高性能热塑性聚合物基体赋予了复合材料良好晌韧性、耐热P ，以 及其它优异的综合性能，见表l 4 “。 与热固性树脂基复合材料相比，热隰性复合材料还媳彳j 。加川剐期X 加工费用低、维修方便、酬辐射、放气嚣小、l 口以t E 复他川
