碳纤维织物聚苯硫醚基材料成型技术及性能

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1、碳纤维织物聚苯硫醚基材料成型技术及性能第一章绪论1.1热塑性复合材料的优点与发展趋势利用针对基体及增强材料的改性工艺以及结构设计，热塑性树脂基复合材料可成为轻质、高强、低能耗、低成本的理想材料，这尤其对于国防军工、交通运输领域的意义重大。因为这些领域除了要求使用方便、安全、舒适外，还普遍希望釆用轻量化的材料。热塑性树脂基复合材料如今己在汽车、航空、机械、造船、建筑和电器工业等很多领域得到广泛的应用，年增长率己远大于热固性复合材料，其取代热固性材料在各行业的广泛应用已成为近年来复合材料的总体发展趋势，不久的将来其年产量会超过热固性复合材料，成为复合材料的最重要的支柱。以F-15(

2、鹰战斗机）为例，过去的平尾是全金属蜂窝夹层结构，两者抗扭盒为钛合金结构，蒙皮是全厚度培夹芯和硼纤维层合板构成的蜂窝壁板，前后缘为全锅蜂窝结构。但是，由于合金自重大，热处理等后加工工艺复杂，制作成本相对较高，且难以实现结构与功能一体化设计。因此随着轻量化的要求，飞机制造的选材不断变化。现在不论是商业民用飞机还是军用战斗机，虽然尾翼仍为全金属悬臂结构，但平尾前缘结构件和部分背館己改用复合材料制造，例如DHC-8、空客A300-600R、F-27和F-50等。对于汽车行业，随着汽车用量的增加，燃油消耗、废气排放及安全等社会问题日益突出。目前，热塑性树脂基复合材料在汽车工业中的用量最大

3、，仅小汽车上使用的热塑性复合材料零部件就达150种之多，用热塑性复合材料制造车门，重量可由原来的26kg下降到15kg,有的已制成整体车身。大量实验表明，采用高强度轻量化材料才是降低能耗、提高汽车安全性的唯一手段。根据热塑性复合材料的特点以及汽车报废后的回收政策，今后在汽车上将会应用更多的热塑性塑料及其加入纤维后增强的复合材料图1-1为长纤维增强热塑性树脂基复合材料在汽车零部件上的应用。此外,随着我国高铁行业发展逐渐处于世界领先地位，聚合物基复合材料的应用范畴也得到了扩展，广泛应用于高速列车的车体、转向架、内部装饰及设备等方面》我国复合材料的发展应用与先进国家相比仍有较大的差距

4、。在车辆零部件领域，复合材料的应用比较缺乏；在民用航空大飞机上的应用也远低于当前国际水平。就我国现状而言，对新型复合材料的研发及应用己不是一般需求，而是有其紧迫性，对我国国民经济相关产业结构的升级具有重要的推动作用。1.2碳纤维增强热塑性树脂基复合材料的研究现状目前军事及商业用碳纤维依原料的不同可以区分为三大类，分别为：聚丙稀腈基（PAN-based)、浙青基以及點胶基碳纤维。以上三种碳纤维的制造技术各异，某些性质较容易在PAN基碳纤维中发展出来，并且PAN基碳纤维其生产工艺较其他方法简单，而且产品的力学性能优异，用途广泛，因而自20世纪60年代问世以来，己取得了长足的发展，成

5、为当今碳纤维工业生产的主流[5，6]。碳纤维起初是应航天工业和军用飞机的需求发展起来的，但如今己广泛应用于商业、民用航空、文体、工业以及运输等领域，具有广阔的应用前景。自2008年以来，由次贷危机引起的金融风暴在全球引起了很大的振动和变化，对世界碳纤淮及其复合材料的发展造成很大影响。国外碳纤维生产商主要有：日本东丽(Toray)公司、德国西格里集团（SGLGroup)、美国卓尔泰克（Zoltek)公司、日本三菱人造丝公司（MitsubishiRayonpany)和美国赫克塞尔（Hexcel)公司，以上公司均报告2009年碳纤维销售量大幅度降低，停建或缓建碳纤维生产车间，压缩碳纤

6、维生产规模与产量[8，9]。第二章实验及测试方法2.1主要原料及设备2.2实验方法丙酮处理。取一部分碳纤维织物浸溃于丙酮溶液中48h，以去除纤维表面的衆料及油污，然后放入100'C的真空烘箱中烘干24h，置于装有干燥剂（无水氣化妈）的干燥器中备用，以CFF-acetone标记。热处理。在N2气氛保护下，将碳纤维织物分别置于高温炉体中在350V处理Ih、3h和400°C下处理Ih、2h、3h、4h后置于装有干燥剂（无水氣化妈)的干燥器中备用，以CFF-350-l、CFF-350-3、CFF-400-l、CFF-400-2、CFF400-3、CFF-400-4标记，

7、未处理的纤维标记为CFF-none。将碳纤维织物浸绩于质量浓度0%、1%、2%、3%、5%的四缩水甘油基-4，4-二気基二苯醚（4,4-TGDDE)树脂的丙酮溶液中2h,随后将碳纤维织物取出，置于自制的支架上，待丙酮溶剂完全挥发后，放入真空供箱中80r下烘千24h,以CFF-SKE1-1、CFF-SKE1-2、CFF-SKE1-3、CFF-SKE1-4、CFF-SKE1-5标记。本实验采用的制备方法为薄膜符层压制法，其足应用得最早的工艺之一，迪合于任何能够制成薄膜的热塑性树脂，其制备的原理示