论文部分内容阅读
碳纤维/尼龙复合材料（carbon fiber/nylon 6 composites,CF/PA6 composites）因具有优良的综合性能而应用广泛,目前已成为最重要的增强复合材料之一。而在纤维增强复合材料基础上利用无机颗粒填充改性聚合物已成为制备性能更优的聚合物复合材料的另一种有效方法。本论文以纳米碳酸钙（nano-CaCO3）和玻璃微珠（glass beads,GB）为无机填料,以碳纤维（carbon fiber,CF）为基础增强体,以尼龙6（nylon 6,PA6）为基体,采用熔融挤出法和热压法主要制备了三元nano-CaCO3/CF/PA6复合材料和四元GB/nano-CaCO3/CF/PA6复合材料。研究了nano-CaCO3含量对nano-CaCO3/CF/PA6复合材料的力学性能和断口形貌的影响。探究了nano-CaCO3和微米玻璃微珠共混级配用量对GB/nano-CaCO3/CF/PA6复合材料的力学性能和断口形貌的影响,讨论了弯曲剪切作用力下无机粒子的增韧机理。并对比研究了不同PA6基复合材料的冲击性能及其断口形貌特征与增强增韧机制。结论如下:（1）Nano-CaCO3的加入可提高nano-CaCO3/CF/PA6复合材料力学性能,当nano-CaCO3含量为10 wt.%时,最大弯曲强度和模量、剪切和冲击强度为349.8MPa、17.4 GPa、47.4 MPa和63.2 kJ/m2,相比CF/PA6复合材料分别提高了15.1%、53.2%、8.5%和51.8%。Nano-CaCO3在该体系中的脱粘效应和微裂纹偏转作用为主要的增韧机理。（2）将改性玻璃微珠引入nano-CaCO3/CF/PA6复合材料中,可大大提高所得GB/nano-CaCO3/CF/PA6材料的力学性能。所有共混颗粒配比中,添加8 wt.%GB和10 wt.%nano-CaCO3所制备的复合材料性能最佳,最大弯曲、剪切和冲击强度分别为427.9 MPa、51.6 MPa和87.4 kJ/m2,相比CF/PA6复合材料分别提高了40.8%、18.0%和143.5%。弯曲应力下,nano-CaCO3的脱粘效应,辅助改性玻璃微珠的裂纹偏转、钉扎作用为主要增强机理。剪切应力下,玻璃微珠脱粘,而nano-CaCO3与基体结合较差且产生团聚体,影响力学性能的增加。（3）碳纤维与无机粒子共增强可显著提高复合材料冲击强度,四元复合材料冲击强度最佳,可达87.4 kJ/m2,是纯PA6的13.7倍,相比CF/PA6提高了143.5%。主要增强机制有:碳纤维的拔出及对裂纹的偏转等作用;微米级玻璃微珠脱粘、对裂纹扩展有偏转、钉扎等作用;Nano-CaCO3在脱粘的同时产生微裂纹和银纹协助玻璃微珠和碳纤维产生增强效果。多尺度增强体的协同增强效应可获得更好的增强增韧效果,故而可制备出高性价比的复合材料。