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碳纤维增强尼龙6复合材料的研究
《上海塑料》2015年第4期(总第172期)
碳纤维增强尼龙6复合材料的研究
肖浩,张中伟1,彭庆益,张祥福,周文
(1.上海普利特复合材料股份有限公司,上海201707;
2.上海大众汽车有限公司质保实验室,上海201805)
摘要研究了尼龙6的相对黏度对碳纤维增强复合材料的力学性能及其结构的影响。结果表
明;碳纤维増强尼龙6复合材料的力学性能随尼龙6的相对黏度增加大而降低。碳纤维的质
量分数为15%时,相对黏度为2.7的尼龙6的复合材料的拉伸强度和拉伸模量分别为179.
和11014MPa;而相对黏度为2.0的尼龙6复合材料的拉伸强度和拉伸模量分别为220和
14521MPa,分别提高了22.5%和31.8%。扫描电镜表明:碳纤维在不同尼龙6基体的复合材
料中分散都比较均匀,复合材料断裂为纤维拔出断裂方式。
关键词碳纤维;相对黏度;尼龙6;力学性能
中图分类号:TQ320.6
文献标志码:A
文章编号:109-5993(2015)04-0055-04
Study on Carbon Fiber Reinforced Polyamide 6 Composites
XIAO Hao, ZHANG Zhong-wei, PENG ing-yi
ZHANG Xiang-fu, ZHOU Wen
1. Shanghai PRET Composites Co, Ltd, Shanghai 201707, China
2. Laboratory Quality Assurance, Shanghai Volkswagen Automotive
Co, Itd, Shanghai 201805, China)
Abstract: The effect of relative viscosity of PA6 on the mechanical properties and structure was
investigated. The results show that the mechanical properties of carbon fiber reinforced PA6 de
creased with the higher relative viscosity. When the mass fraction of carbon fiber is 15%, the
relative viscosity of PA 6 is 2.7, the tensile strength and tensile modulus of carbon fiber rein-
forced PA6 composite is 179.6 and 11014 Mpa respectively, while the relative viscosity of PA 6
2.0 the tensile strength and tensile modulus of carbon fiber reinforced PA6 composite is 220
and 14521 Mpa respectively, improved by 22.5% and 31.8% respectively. The SEM image
shows that carbon fiber distributes uniformly across the composites and the failure mechanism is
dominated by fiber pull-out
Key words: carbon fiber; relative viscosity; polyamide 6; mechanical properties
0前言
模量、耐高温等优异性能,是目前最重要的增强复
材料之一。
碳纤维増强尼龙复合材料具有高比强度、高比
研究表明:影响碳纤维增强工程塑料力学性能
的重要因素是碳纤维的性能、基体树脂的性能、碳
作者简介:肖浩(1985-),男,博士,从事碳纤维纤维与树脂的界面结合强度、碳纤维在基体树脂中
及碳纤维复合材料方面的研究。
的分布及碳纤维在树脂中的长度等2。研究主要
碳纤维增强尼龙6复合材料的研究
上海塑籵》2015年第4期(总第172期)
针对碳纤维表面改性,增加碳纤维表面的活性基1.3复合材料的制备
体,以增强树脂复合材料中的碳纤维和树脂之间的
将PA6树脂和抗氧化剂和其他助剂混合均
结合力,从而提高碳纤维增强复合材料的综合性匀,在真空中干燥24h;将于燥的混合物在双螺杆
能。张显果等?采用液相氧化法对碳纤维表面处主喂料口进料,短切碳纤维在侧喂料口进料,熔融
理,改善了碳纤维与尼龙的界面相容性,制备的碳共混。挤出机的第一段加热区到第九段加热区的
纤维增强尼龙复合材料的拉伸强度提高了温度分别为230、230、235、235、240、240、240、240
40.87%,冲击强度提高了43.59%。 Park S等240C,熔融挤出样条,在水中冷却,干燥后切料.
对碳纤维表面臭氧处理。通过臭氧处理后,碳纤维1.4测试与表征
表面存在羟基、羧基等含氧官能团,提高了碳纤维
力学性能测试用万能材料试验机和多功能
和树脂之间的结合。王军祥等用空气氧化法对组合冲击试验机对不同质量分数的碳纤维PA6
碳纤维表面处理,提高了碳纤维増强PA1010的拉复合材料测试。拉伸性能测试參照ISO52
伸强度。李宝峰等通过自由基反应在碳纤维表2012;弯曲性能测试参照ISO178-2010,冲击性能
而接枝马来酸酐,其界面剪切强度从113MPa增测试参照ISO179。
加到127MPa。李春华等用硝酸对碳纤维表面
扫描电子显微镜观察将复合材料断面喷金
处理,提高了碳纤维和PA6之间的界面结合力,(10nm),用扫描电子显微镜观察断面形态,放大
其拉伸强度和拉伸模量比未处理的碳纤维增强500和1500倍。
PA6分別提高了33%和50%
然而,PA6的相对黏度对复合材料力学性能
2结果与讨论
的影响很少涉及。笔者研究了PA6的相对黏度2.1カ学性能分析
对碳纤维增强复合材料力学性能及其结构的影响。
图1(a)和图1(b)分别表示碳纤维增强相对黏
1实验
度分别为2.0、2.4和2.7的PA6复合材料的拉伸
强度和拉伸模量。由图1可见:碳纤维增强对黏
原材料
度低的PA6复合材料,拉伸强度和拉伸模量比碳
碳纤维为日本东丽提供的短切碳纤维,拉伸强
240
I相对黏度为2.0
度为4.3GPa,拉伸模量为230GPa,碳纤维的体密
IL相对黏度为2.4
度为1.78g/cm3,长度为6mm,碳纤维表面经过
Ⅱ相对黏度为2.7
氧化处理后上浆,上浆剂为PA
22.5%
相对黏度为2.0的PA6的拉伸强度、拉伸模
180
量、弯曲强度、弯曲模量分别为72.2、2597、101.6
世
31.7%
2300MPa。
相对黏度为2.4的PA6的拉伸强度、拉伸模
8910111213141516
量、弯曲强度、弯曲模量分别为71.5、2595、100.5、
0(碳纤维)y%
2287MPa。
150r相对黏度为20
(b
相对黏度为2.7的PA6的拉伸强度、拉伸模