碳纖維增強(qiáng)尼龍66復(fù)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(fù)酰胺基團(tuán)的熱塑性樹(shù)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?jiān)诠I(yè)上有著極其廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用于汽車部件、機(jī)械部件、電子電器、化妝品、膠粘劑以及包裝材料等領(lǐng)域。其中產(chǎn)量最大，應(yīng)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(diǎn)：高強(qiáng)、耐腐蝕、耐磨性好的特點(diǎn)，而且具有自潤(rùn)滑性，阻燃性，無(wú)毒環(huán)保等優(yōu)異性能。
缺點(diǎn)：耐熱性和耐酸性較差，在干態(tài)和低溫下抗沖擊強(qiáng)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(xué)纖維，因?yàn)樗鼈兙哂刑厥獾奈锢斫Y(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu)體現(xiàn)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(zhì)。
碳纖維
Carbon Fiber
碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)過(guò)碳化及石墨化而得到的含碳量高于90%的無(wú)機(jī)高分子材料。
碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類似人造石墨（C原子層狀排列），是亂層石墨結(jié)構(gòu)。
優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕、高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐磨、耐腐蝕、抗疲勞、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等。
缺點(diǎn)：成本高、比較難浸潤(rùn)、透明性差，缺陷難檢查等。
碳纖維根據(jù)原絲來(lái)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(fù)合材料是十分有用的結(jié)構(gòu)材料，它不僅質(zhì)輕、耐高溫,而且有很高的拉伸強(qiáng)度和彈性模量,是制造宇宙飛船、火箭、導(dǎo)彈、高速飛機(jī)以及大型客機(jī)等不可缺少的組成材料。在交通運(yùn)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(yīng)用。
高性能復(fù)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(qiáng)尼龍66復(fù)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(lián)劑、增溶劑、其他助劑
設(shè)備及儀器：
雙螺桿擠出機(jī)、塑料注射成型機(jī)、電熱鼓風(fēng)干燥箱
工藝流程：
螺桿擠出機(jī)一、二、三、四、五區(qū)溫度分別設(shè)定為250-252℃、265-267℃、270-272℃、270-273℃、275-280℃，螺桿轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)樣品，對(duì)應(yīng)的樣品分別記為PA66/CF-1#、PA66/CF-2#、PA66/CF-3#。
碳纖維增強(qiáng)尼龍66復(fù)合材料的性能測(cè)試
Performance Test of Carbon Fiber Reinforced Nylon 66 Composite
碳纖維含量對(duì)PA66/CF密度的影響
隨著CF的含量的增加，PA66/CF復(fù)合材料的密度呈小幅度增大趨勢(shì)。這是因?yàn)椋cPA66的密度相比，CF的密度較大。
從表中的數(shù)據(jù)可以看出，PA66/CF復(fù)合材料的密度均低于1.3，不到鋼密度(7.85)的六分之一，達(dá)到了輕量化的目的，有利于節(jié)能降耗，使CF-PA66復(fù)合材料具有更為廣闊的應(yīng)用空間。
碳纖維含量對(duì)PA66/CF結(jié)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(xiàn)出球晶典型的十字消光圖像，而PA66/CF樣品則沒(méi)有呈現(xiàn)球晶形貌，這是因?yàn)镃F的存在影響了PA66的結(jié)晶。
碳纖維含量對(duì)PA66/CF斷面形貌的影響
在PA66/CF復(fù)合材料中，PA66基體與碳纖維界面結(jié)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(yīng)型增溶劑，增溶劑中的馬來(lái)酸酐與尼龍基體中的胺基發(fā)生反應(yīng)，所以，尼龍66基體與碳纖維能夠更充分的結(jié)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(fù)合材料樣品在受到外力作用時(shí)，體系中的CF起到良好的承擔(dān)載荷作用，該種斷裂為韌性斷裂，因此，PA66/CF復(fù)合材料為韌性材料。
碳纖維含量對(duì)PA66/CF力學(xué)性能的影響
隨著CF含量的增加，PA66/CF復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度明顯提高。當(dāng)加入4束CF時(shí)，該P(yáng)A66/CF復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度達(dá)到200.2MPa，是純PA66的拉伸強(qiáng)度的2.3倍。這是因?yàn)椋珻F 本身的拉伸強(qiáng)度為4900MPa，當(dāng)PA66/CF復(fù)合材料受到張應(yīng)力時(shí)，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(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量均大幅度提高。當(dāng)加入4束CF時(shí)，PA66/CF復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度為280.2MPa，彎曲模量達(dá)到最大值13560.8MPa，而PA66的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量只有89.9MPa和2932.1MPa，表明碳纖對(duì)復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度與彎曲模量的影響顯著。
結(jié)論
conclusion
1、PA66/CF復(fù)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(dá)到了輕量化的目的，有利于節(jié)能降耗。
2、PA66/CF復(fù)合材料體系中，CF的長(zhǎng)度約為0.5～0.7mm，PA66基體與碳纖維界面結(jié)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(fù)合材料為韌性材料。
3、與PA66相比，PA66/CF復(fù)合材料力學(xué)性能均有大幅度提高。當(dāng)加入4束CF時(shí)，PA66/CF 拉伸強(qiáng)度達(dá)到200.2MPa，比尼龍66原樣約提高了130%，斷裂伸長(zhǎng)率3.3%;彎曲強(qiáng)度達(dá)到280.2MPa，比PA66約提高了211%，彎曲模量達(dá)到了13560.8MPa，比PA66約提高了362%。
