碳纤维增强热塑性树脂的研究

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1、目录1绪论11.1选题的依据及意义11.23D打印技术的发展11.3碳纤维增强热塑性树脂研究进展31.4本论文的主要研究内容102实验部分112.1实验原料112.2实验仪器及设备122.3试样制备过程122.4性能测试153实验结果分析及讨论173.1复合材料的外部形貌173.2复合材料的亚微观结构的观察203.3碳纤维增强热塑性树脂复合材料的力学性能测试224结论24参考文献25致谢27南昌航空大学学士学位论文碳纤维增强热塑性树脂的研究1绪论1.1选题的依据及意义近年来，随着人类科技的不断进步，在新兴行业（如3D打印机）的应用上，普通性能的热塑性树脂的强度和韧性越来

2、越不能达到人们的要求了。而碳纤维增强热塑性塑料(CF/TP)是热塑性复合材料的重要分支之一，因为有良好的性能，较高的强度等性质，使得其越来越受到消费者的青睐。而且又因为生产及制造CF增强热塑性树脂复合材料的技术正在不断完善，并且CF生产量在渐渐增多，使得CF增强热塑性树脂复合材料的价钱逐渐变低。因此随着CF增强热塑性树脂材料的进一步发展，以及CF增强热塑性树脂复合材料成型加工的技术持续成熟以及得到突破，CF增强热塑性树脂复合材料一定会变成3D打印原材料领域里吸引大家目光的发展方向。热塑性树脂拥有良好的韧性，卓越的加工性能，可以运用在快速加工成型复杂制品的上，并且具有低成

3、本、可回收性等性质。另外，碳纤维增强热塑性树脂复合材料具有下列特征①较高的模量与强度；②抗蠕变性；③耐疲劳性；④优异的振动衰减特性；⑤耐摩擦、磨损；⑥耐蚀性等众多的优异性能[1]。所以CF增强热塑性树脂复合材料在3D打印机上的应用有非常大的潜力可以挖掘。本文研究CF增强热塑性树脂复合材料主要的目的是研究牵引速度对复合材料成型的外表面的影响、复合材料直径D对CF居中度的影响、提高CF增强热塑性树脂材料的力学拉伸性能，让3D打印机用的CF增强热塑性树脂复合材料性能更加优越。1.23D打印技术的发展3D打印是一种累积制造、迅速成型的技术。主要是把一种数字模型文件作为基础，然后

4、把塑料、特殊蜡材、粉末状的金属、木材粉末、陶瓷等可粘合的材料当成原料，再运用打印喷头堆积制造立体的物体。现可用于打印的介质种类繁多，如金属（图1-1a为SolidConcepts公司生产的3D打印手枪，图1-1b是图为第四军医大学西京医院的医生在展示3D打印骨盆钛合金假体备份）；塑料（图1-1c是上海3D打印展览的3D打印婚纱礼服，图1-1d为设计师厄尔·斯图尔特设计的3D打印鞋）；建筑材料（图1-2a上海张江高新青浦园区的3D打印建筑）；木材（图1-2d法国生产商JeremieFrancois生产的木材打印产品）等等。3D打印已经成为一个重要的发展方向，而热塑性树脂材

5、料正因为其方便快捷，成为3D27南昌航空大学学士学位论文打印技术中重要的发展组成部分。但是由于3D打印的塑料产品往往是镂空的，我们需要让塑料的力学性能足够支撑3D打印产品，所以对塑料的进行性能的增强是势在必行的。碳纤维能够增强热塑性树脂的综合性能，使塑料的各种性能得到一个较好的提高。是3D打印原料的未来发展方向之一。（a）3D打印手枪(b)3D打印钛合金骨骼（c）3D打印婚纱(d)3D打印鞋子图1-1金属和塑料制造的打印产品27南昌航空大学学士学位论文(a)3D打印建筑（b）3D打印木材雕塑图1-2建筑材料以及木材打印产品1.3碳纤维增强热塑性树脂研究进展1.3.1纤维

6、增强热塑性树脂复合材料1.3.1.1玻璃纤维增强热塑性树脂复合材料方立[2]研究了长玻璃纤维增强聚丙烯（GF/PP）复合材料。其通过设计一种热塑性树脂的熔融浸渍装置，用来获得一种良好的GF/PP的预浸带，然后运用层压成型的工艺，来提高两层树脂之间的剪切性能。结果表明，该浸渍装置有良好的效果，增强效果比PP薄层提高的两层之间的剪切强度11.5%以及短GF提高的层间剪切强度27.6%要好，达到了38.6%。但是，在提高复合材料的弯曲性能这个方面，并没有良好的效果。张彦庆[3]研究了长GF/PP复合材料。其使用两台双螺杆挤出机，让上挤出机和下挤出机成90度如图1-3所示，制备

7、了一种长GF增强PP复合材料。树脂由上挤出机共混、熔融，然后供应到下挤出机，在同一个时间，将已经加热的GF从进纤口加到下挤出机里，最后熔体由模具的模头挤出来，最后加工得到制品。27南昌航空大学学士学位论文图1-3GF/PP成型示意图崔峰波[4]研究了GF增强尼龙PA（GF/PA）复合材料。其使用了特别的GF浸渍设备，并且用双螺杆挤出机将共混均匀的改性添加剂和纯尼龙（PA）粒料进行塑化。通过该浸渍设备，其制备出了分散性能和浸渍程度较好的长GF/PA66、长GF/PA6粒料。并研究了GF的纤维长短、GF的质量比例等对增强材料的性能的改变。研究