碳纖維增強尼龍66復合材料
尼龍
Polyamide
尼龍是聚酰胺（PA）的俗稱，是分子主鏈上含有重復酰胺基團的熱塑性樹脂的總稱，包括脂肪族聚酰胺、脂肪-芳香族聚酰胺和芳香族聚酰胺。
作為五大工程塑料之首，尼龍在工業(yè)上有著極其廣泛的應用，主要應用于汽車部件、機械部件、電子電器、化妝品、膠粘劑以及包裝材料等領域。其中產量最大，應用最廣的是脂肪族聚酰胺，主要為尼龍66和尼龍6。
尼龍66
Polyamide 66
尼龍66（PA66）是由己二酸和己二胺縮聚而成，是聚酰胺的一類，分子式如圖
優(yōu)點：高強、耐腐蝕、耐磨性好的特點，而且具有自潤滑性，阻燃性，無毒環(huán)保等優(yōu)異性能。
缺點：耐熱性和耐酸性較差，在干態(tài)和低溫下抗沖擊強度低，吸水率大影響制品尺寸穩(wěn)定性和電性能。
高性能纖維
High performance fibers
高性能纖維是指具有高承載力、高耐久性的化學纖維，因為它們具有特殊的物理結構或化學結構體現出與具有傳統(tǒng)纖維不具備的一些優(yōu)良特性，如耐高溫性，耐腐蝕性，阻燃性等其他性質。
碳纖維
Carbon Fiber
碳纖維是由有機纖維經過碳化及石墨化而得到的含碳量高于90%的無機高分子材料。
碳纖維的微觀結構類似人造石墨（C原子層狀排列），是亂層石墨結構。
優(yōu)點：質量輕、高強度、高模量、耐高溫、耐磨、耐腐蝕、抗疲勞、導電、導熱等。
缺點：成本高、比較難浸潤、透明性差，缺陷難檢查等。
碳纖維根據原絲來源主要分為：
聚丙烯腈基碳纖維
瀝青基碳纖維
黏膠基碳纖維
碳纖維復合材料是十分有用的結構材料，它不僅質輕、耐高溫,而且有很高的拉伸強度和彈性模量,是制造宇宙飛船、火箭、導彈、高速飛機以及大型客機等不可缺少的組成材料。在交通運輸、化工、冶金、建筑等工業(yè)部門以及體育器材等方面也都有廣泛的應用。
高性能復合材料制備工藝
Preparation Process of High Performance Composites
手糊成型
袋壓成型
離心澆注成型
碳纖維增強尼龍66復合材料的制備
Preparation of carbon fiber reinforced nylon 66 composites
原料：
尼龍66、碳纖維、硅烷偶聯劑、增溶劑、其他助劑
設備及儀器：
雙螺桿擠出機、塑料注射成型機、電熱鼓風干燥箱
工藝流程：
螺桿擠出機一、二、三、四、五區(qū)溫度分別設定為250-252℃、265-267℃、270-272℃、270-273℃、275-280℃，螺桿轉速為200-400r/min.，在合適的喂纖口分別加入包含1束（1束有12000根碳纖維）、2束和4束碳纖，切粒制成實驗樣品，對應的樣品分別記為PA66/CF-1#、PA66/CF-2#、PA66/CF-3#。
碳纖維增強尼龍66復合材料的性能測試
Performance Test of Carbon Fiber Reinforced Nylon 66 Composite
碳纖維含量對PA66/CF密度的影響
隨著CF的含量的增加，PA66/CF復合材料的密度呈小幅度增大趨勢。這是因為，與PA66的密度相比，CF的密度較大。
從表中的數據可以看出，PA66/CF復合材料的密度均低于1.3，不到鋼密度(7.85)的六分之一，達到了輕量化的目的，有利于節(jié)能降耗，使CF-PA66復合材料具有更為廣闊的應用空間。
碳纖維含量對PA66/CF結晶微觀形貌的影響
碳纖維均勻地分布在PA66基體中，并且PA66晶體中呈現出球晶典型的十字消光圖像，而PA66/CF樣品則沒有呈現球晶形貌，這是因為CF的存在影響了PA66的結晶。
碳纖維含量對PA66/CF斷面形貌的影響
在PA66/CF復合材料中，PA66基體與碳纖維界面結合充分，尼龍66較好地包裹在碳纖維的周圍，由于自制的增容劑是反應型增溶劑，增溶劑中的馬來酸酐與尼龍基體中的胺基發(fā)生反應，所以，尼龍66基體與碳纖維能夠更充分的結合在一起。從圖中還可以看出，PA66斷面較為平滑，而PA66/CF樣品斷裂表面極其粗糙，CF被拔出，表明復合材料樣品在受到外力作用時，體系中的CF起到良好的承擔載荷作用，該種斷裂為韌性斷裂，因此，PA66/CF復合材料為韌性材料。
碳纖維含量對PA66/CF力學性能的影響
隨著CF含量的增加，PA66/CF復合材料的拉伸強度明顯提高。當加入4束CF時，該PA66/CF復合材料拉伸強度達到200.2MPa，是純PA66的拉伸強度的2.3倍。這是因為，CF 本身的拉伸強度為4900MPa，當PA66/CF復合材料受到張應力時，體系中的CF主要起到承載外力的作用。
隨著CF含量的增加，PA66/CF復合材料的彎曲強度和彎曲模量均大幅度提高。當加入4束CF時，PA66/CF復合材料的彎曲強度為280.2MPa，彎曲模量達到最大值13560.8MPa，而PA66的彎曲強度和彎曲模量只有89.9MPa和2932.1MPa，表明碳纖對復合材料彎曲強度與彎曲模量的影響顯著。
結論
conclusion
1、PA66/CF復合材料的密度小于1.3，與鋼的密度(7.85)相比，不到其密度的六分之一，達到了輕量化的目的，有利于節(jié)能降耗。
2、PA66/CF復合材料體系中，CF的長度約為0.5～0.7mm，PA66基體與碳纖維界面結合充分，尼龍66較好地包裹在碳纖維的周圍，PA66/CF樣品斷裂表面較為粗糙，PA66/CF復合材料為韌性材料。
3、與PA66相比，PA66/CF復合材料力學性能均有大幅度提高。當加入4束CF時，PA66/CF 拉伸強度達到200.2MPa，比尼龍66原樣約提高了130%，斷裂伸長率3.3%;彎曲強度達到280.2MPa，比PA66約提高了211%，彎曲模量達到了13560.8MPa，比PA66約提高了362%。
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