材料力学论文提纲

2022-11-15

论文题目：表面处理对注塑成型短碳纤维增强聚醚酰亚胺复合材料力学性能的影响

摘要：短纤维增强树脂基（SFRP）复合材料具有加工方便、密度低、力学性能优异及耐腐蚀等优点,广泛应用于汽车、船舶及体育用品等领域。聚醚酰亚胺（Polyetherimide,PEI）作为一种特种工程塑料,具有优异的耐热性能、绝缘性能、阻燃性及成型加工特性,但与金属相比,其力学、摩擦磨损等性能较低。因此,为满足航空航天、军工装备等高端领域的应用要求,需要添加短切碳纤维等填料以改善PEI的力学、热学、电学及摩擦磨损等功能特性。而纤维与树脂基体的界面特性与复合材料的性能密切相关,纤维表面的改性处理是制备高性能复合材料的关键。为了提高碳纤维与PEI基体间的界面结合力,本文采用热处理、化学处理及纳米包覆等工艺对短切碳纤维进行了表面改性研究,通过挤出及注塑成型工艺制备了系列短切碳纤维（SCF）增强PEI复合材料,并对其拉伸和弯曲等力学性能进行了测试,探讨了不同改性方法对SCF表面结构、SCF/PEI复合材料界面特性及其力学性能的影响。具体研究内容如下:（1）采用热处理和化学处理改性SCF表面,并研究了SCF表面处理对SCF/PEI复合材料的力学性能的影响。采用高温热处理法、米氏酸氧化法、聚多巴胺浸渍法和聚酰亚胺浸渍法四种工艺对SCF进行了表面改性处理,研究了不同改性方法对SCF/PEI复合材料力学性能的影响。结果表明,经过高温热处理后制备的SCF/PEI的力学性能最佳。红外光谱表明高温热处理法、米氏酸氧化法以及聚多巴胺浸渍法都在碳纤维表面留下一系列极性基团,增加了碳纤维表面的活性,从而提高了复合材料的力学性能。SEM观测结果表明,与原始短碳纤维相比,经过一系列的改性处理,碳纤维表面的粗糙度得到提升,改善了碳纤维与树脂基体的浸润性。（2）碳纳米管（CNT）接枝SCFs（CNT@SCFs）及CNT@SCF/PEI复合材料的力学性能研究。采用SCF表面直接浸渍CNT制备了CNT@SCFs,聚多巴胺（PDA）修饰CNT浸渍SCFs制备了PDA-CNT@SCFs,聚多巴胺（PDA）修饰CNTs浸渍米氏酸氧化SCFs制备了PDA-CNT@MDA-SCFs,聚多巴胺（PDA）修饰CNTs浸渍高温热处理SCFs（HT-SCFs）制备了PDA-CNT@HT-SCFs,并对比研究了CNT@SCF/PEI、PDA-CNT@SCF/PEI、PDA-CNT@MDA-SCF/PEI和PDA-CNT@HT-SCF/PEI四种复合材料的力学性能。结果表明,PDA-CNT@HT-SCF/PEI复合材料的力学性能最佳,拉伸强度与弯曲强度各自提升了16.41%与18.5%,PDA-CNT@SCF/PEI复合材料的力学性能次之,拉伸强度提升了12.4%,弯曲强度基本没有变化。CNT@SCF/PEI复合材料的力学性能最差,与SCF/PEI复合材料力学性能基本一致。本论文研究结果表明:通过碳纤维表面改性处理后,SCF/PEI复合材料的界面破坏机理由较弱的界面脱落变为较强的树脂基体内聚破坏,进而提升复合材料的力学性能。采用高温热处理方法、聚多巴胺修饰以及聚酰亚胺包覆碳纤维不仅能提升复合材料的力学性能,且耗时短,工艺简洁。选用CNT接枝SCF制备复合材料中,添加聚多巴胺能解决CNT的团聚问题,高温热处理SCF则能形成极性基团与聚多巴胺结合,将CNT接枝到碳纤维表面,提高碳纤维的比表面积与活性,因此得到的复合材料力学性能最佳。

关键词：短碳纤维;聚醚酰亚胺;复合材料;碳纳米管;化学处理

学科专业：工程（航空工程）（专业学位）

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 聚醚酰亚胺

1.1.1 聚醚酰亚胺简介

1.1.2 聚醚酰亚胺的应用

1.2 碳纳米管及碳纳米管复合材料

1.2.1 碳纳米管简介

1.2.2 碳纳米管/聚合物复合材料

1.3 碳纤维及碳纤维复合材料