短切碳纤维增强PS/PC复合材料性能及发泡行为研究

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作者：

张美慧

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摘要：

碳纤维(Carbon Fiber,CF)作为当前研究热门的新型增强材料,可显著提高基体的强度,并实现轻量化,但仍面临表面上浆剂影响其应用场合的问题.CF/PS复合材料可以获得较好的强度,但韧性差的特点制约了其应用范围.PS/PC复合材料具有良好的成型性能,综合了两种聚合物的优点,但仍存在相容性不好的缺点.复合材料可以拓展材料的性能,但复合材料微孔发泡性能仍面临成型和应用难的问题.针对CF表面处理,CF/PS和PS/PC复合材料存在的不足,进行复合材料改性及其发泡性能和发泡行为等的研究,对于促进纤维增强复合材料的发展以及拓展其工程应用等具有重要的理论和工程意义.主要研究工作如下: (1)研究了CF的两种表面脱胶方式,气氛保护高温除胶和有机溶剂浸泡脱胶.通过对失重比,微观形貌进行分析,确定了最佳的脱胶方式为高温处理1.5小时.采用液相氧化的方式对CF进行表面氧化处理,通过拉曼光谱测试,傅里叶红外测试和微观形貌测试,确定了液相氧化可以刻蚀纤维表面的晶粒,提高羟基和羰基的强度,从而提高纤维与基体的结合能力. (2)制备了质量分数5%-20%的CF/PS复合材料,开展了复合材料的性能研究.通过力学性能,熔体流动性能,热性能,微观形貌等研究,揭示了CF的增强机理.CF含量较高时,复合材料的力学性能有大幅提升,而热性能变化不大.针对CF含量为15%的复合材料,研究了国产增韧剂和K树脂,改性PS的增韧效果和机理.研究结果表明,加入国产增韧剂和K树脂可以使冲击强度提高10%,改性PS使冲击强度提高了17.29%. (3)研究了不同配比PS/PC共混材料的力学性能和微观形貌,并确定了共混体系配比.针对60/40的PS/PC共混材料,研究了EMA,SMA,MBS,MS的增容效果和增容机理.研究结果表明,PC含量低于50%时,PS/PC共混材料的拉伸强度,弯曲强度均没有较大提高.PC含量超过60%后,才能起到较好的增韧效果.PS/PC为30/70时,复合材料的冲击强度提高了68.31%.四种增容剂均可以起到一定的增容效果,适当的加入可以显著提高复合材料的冲击强度. (4)通过固态间歇发泡工艺制备了纯PS,CF/PS,纯PC和PS/PC四种材料的发泡样品.通过测试样品的发泡倍率,泡孔密度,泡孔直径和泡孔结构等,研究纤维含量,发泡工艺参数等对发泡的影响.研究结果表明,纯PS,CF/PS在110℃-140℃之间可以获得良好的发泡效果,在150℃发泡时,出现严重的泡孔塌陷现象.CF含量越多,发泡越难.纯PC发泡材料不同区域的泡孔直径存在差别,样品边缘为无泡孔区域,中心区域为大泡孔区,边缘与中心之间为过渡区.PS/PC为10/90和90/10的发泡材料,发泡效果较好.PS/PC为30/70和70/30的发泡样品泡孔数量较少,出现了泡孔串联现象,发泡效果较差. 通过上述研究,本文开发了短切CF的除胶工艺,揭示了CF对CF/PS的作用机理,获得了韧性较好的CF/PS复合材料;获得了增容效果较好的PS/PC共混材料改性配方;通过固态间歇微孔发泡工艺,获得了纯料,共混料的发泡材料,揭示了不同材料的发泡机理,为所研究材料的应用领域提供了富有价值的理论指导.

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关键词：

聚苯乙烯发泡材料 碳纤维 除胶工艺 发泡性能

学位级别：

硕士

学位年度：

2018