60000字硕士毕业论文聚苯硫醚/碳纤维的熔融、热降解及动态热机械性能分析
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：60000字
论点：碳纤维,结晶,复合材料
论文概述：
本文用短纤维挤出造粒法制备PPS/CF预浸料，注塑成型。采用多种测试方法，主要研究了 PPS/CF的热性能及机械性能等
论文正文：
第一章简介
1.1纤维增强热塑性树脂基复合材料的结构、性能、开发及应用
热塑性树脂如尼龙(PA)、聚碳酸酯冷却器(PC)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)等。树脂基体赋予FRTP优异的热性能、机械性能、耐化学腐蚀、易加工等性能。FRTP的力学性能主要由增强纤维决定。界面将纤维和树脂结合为一个整体，并将负载从树脂基体转移到纤维上。与传统纤维增强热固性树脂复合材料(FRP)相比，FRTP有许多优势:
(1)低密度、高强度。钢的密度为7.88克/立方厘米，热固性复合材料的密度为1.7-2.0克/立方厘米，热塑性复合材料的密度为1.1-1.6克/立方厘米，仅为钢的1/5-1/6，小于热固性玻璃纤维增强塑料。因此，它能以较小的单位质量获得较高的机械强度。
(2)高韧性。以环氧树脂和尼龙为例，环氧树脂的断裂伸长率小于10%，尼龙的断裂伸长率可达60%。
(3)热塑性树脂成型过程不需要化学反应，成型周期短。
(4)可重复使用。热塑性树脂可以反复加热、冷却和成型，废料可以回收利用，达到节能环保的目的。
(5)选择聚苯硫醚、聚醚醚酮等耐高温工程塑料作为复合材料的基体，可以使复合材料在更高的温度下使用。早在1956年，美国的Fiberfill公司就成功开发了短玻璃纤维增强尼龙[4]，并进行了工业化生产。20世纪70年代，FRTP发展迅速，受到越来越多的关注。其在航空空、体育、汽车、风力发电等地方的应用日益增加。例如，三家公司，爱尔兰的Gaoth Tec Teo，日本的三菱重工和美国的Cydics公司，联合开发了FRTP风力涡轮机叶片[5]。当欧洲空中国客车公司开发A340/380时，碳纤维增强聚苯硫醚复合材料被用于制造机翼的前部并修理盖板，这大大减轻了飞机本身的重量[6]。凤凰高尔夫公司(Phoenixx golf Company)，美国新泽西州Summit的高尔夫球杆制造商，使用碳纤维增强线性聚苯硫醚制造高尔夫球杆。玻璃纤维增强聚丙烯已经被用来制造汽车发动机的冷却风扇[7]。
1.1.1碳纤维的结构、性能、开发和应用
碳纤维是通过在碳含量为90wt%或更高的惰性气氛中加热有机纤维而形成的纤维状碳材料。纤维结构是沿纤维轴向排列的不完全石墨晶体。每个平行层的原子不规则堆叠，缺乏三维顺序，并且呈现随机层结构。这些层由范德华力连接，性能是各向异性的。碳纤维具有低密度、高模量、高强度、耐化学腐蚀、耐高温、抗辐射、低电阻、高热导率和低热膨胀系数等优异性能。然而，碳纤维的高温抗氧化性和耐候性较差，很少单独使用。它主要用作各种复合材料的增强材料。
100多年前，美国爱迪生利用天然竹子和纤维素纤维制造碳纤维，并将其用作电热丝。1950年，美国制造了具有一定机械性能的碳纤维，这使得碳纤维能够用作复合材料的增强材料，从而开始了碳纤维发展的新阶段。到目前为止，几十个国家和地区都有生产碳纤维的能力。然而，高性能碳纤维的核心技术仍在美国、日本等国家。近年来，中国碳纤维工业发展迅速。碳纤维行业有十多家制造商，如中富申英、沈阳中恒、吉林石化、江苏沈恒等。虽然中国碳纤维产业发展迅速，但整体质量不高，性能不稳定。仍然需要进一步的研究和开发。碳纤维增强复合材料具有比强度高的优点，特别适用于航空空行业，可以减轻飞机本身的重量。可作为主轴承结构材料，应用于主翼、尾翼、机身等；它还可用作二次受力部件，并可应用于方向舵、套鞋、扰流板、发动机舱、制动片等。碳纤维也广泛用于体育和娱乐设备，约占碳纤维总量的三分之一。碳纤维复合材料可用于制造羽毛球拍、网球拍、自行车架、赛车等。今天晚上，碳纤维也广泛应用于汽车、化工、建筑等地方。
1.1.2聚苯硫醚的结构、性能、开发和应用
聚苯硫醚(PPS)的化学名称是聚苯硫醚或聚苯硫醚。线性聚苯硫醚(Linear PPS)是由高结晶度苯环对位的硫原子连接而成的高分子主链，其化学结构式如下。聚苯硫醚是一种优异的工程塑料，具有耐高温、耐腐蚀、耐辐射、耐磨损、优异的介电性能、良好的阻燃性、机械性能、良好的尺寸稳定性等。表1.2显示了菲利普斯公司生产的两种聚苯硫醚产品的主要性能。聚苯硫醚树脂由美国菲利普斯石油公司首次开发并成功投放市场。随后，德国拜耳公司、日本飞利浦石油公司、东丽有限公司、住友酷醛塑料有限公司和新悦聚合物有限公司相继成功开发聚苯硫醚。
自20世纪70年代以来，中国也对聚苯硫醚进行了研究。四川大学、天津合成材料研究所和广州化工学院对聚苯硫醚进行了研发，以促进聚苯硫醚在中国的产业化。1991年，第一座100吨聚苯硫醚工业试验设施在中国建成。2002年底，四川华拓工业发展有限公司在四川德阳建设的1000吨聚苯硫醚工业厂房，已于2003年7月顺利通过生产验收。2007年，四川德阳化工有限公司投资新建年产24000吨聚苯硫醚树脂生产线和年产5000吨聚苯硫醚纺丝生产线，实现了聚苯硫醚树脂到聚苯硫醚纤维[17]的全过程国产化。
1.2 FRTP的界面特征................................17-19
1.3 FRTP的浸入和成型工艺……22-25
1.4纤维增强聚苯硫醚的研究进展……1.5本文的主要内容是……26-27
第二章实验部分……27-31
2.1准备……27-28[/溴/] 2.2聚苯硫醚/碳纤维主要实验原料和仪器样品；性能测试……28-29[/比尔/] 2.3 PPS/CF……29-31[/溴/]第三章聚苯硫醚的流变性能及螺杆速度对聚苯硫醚/碳纤维性能的影响...................31-37 [/BR/] 3.1前言……31[/溴/] 3.2温度对聚苯硫醚流变性能的影响……31-33
3.3螺杆速度对聚苯硫醚/碳纤维性能的影响……33-35 [/BR/] 3.4本章结论……35-37
第四章聚苯硫醚/碳纤维的熔融、结晶、热降解和动态热机械性能……37-47
4.1前言……37[/溴/] 4.2聚苯硫醚/碳纤维的结晶和熔融性能……37-40[/溴/] 4.3聚苯硫醚/碳纤维的热降解性能……40-41[/溴/] 4.4聚苯硫醚/碳纤维动态热机械性能……41-45
4.5本章结论……45-47
第五章聚苯硫醚及其非等温结晶行为……47-57
5.1前言……47[/比尔/] 5.2结晶聚合物的非等温结晶动力学理论……47-48[/溴/] 5.3聚苯硫醚及其非等温结晶行为……48-53
5.4聚苯硫醚非等温结晶动力学研究……53-55 [/BR/] 5.5本章结论……55-57
第6章聚苯硫醚/碳纤维的机械性能……57-68
6.1前言……57[/溴/] 6.2聚苯硫醚/碳纤维的机械性能……57-63[/溴/] 6.3聚苯硫醚/碳纤维的摩擦磨损行为……63-67 [/BR/] 6.4本章结论……67-68
结论
聚苯硫醚/碳纤维预浸料采用短纤维挤出造粒和注射成型制备。主要通过各种测试方法研究聚苯硫醚/碳纤维的热性能和力学性能。得出如下结论:[/溴/] (1)聚苯硫醚的粘度随着温度的升高而逐渐降低，在相同温度下，hb型聚苯硫醚具有较高的粘度；在290℃-340℃范围内，hb和he粘度对温度变化更敏感。通过控制进入双螺杆挤出机的碳纤维数量和螺杆转速制备碳纤维含量高达19.68重量%的聚苯硫醚/碳纤维样品。碳纤维在聚苯硫醚中具有良好的分散效果，并沿螺杆挤出方向高度取向。螺杆转速对聚苯硫醚/碳纤维复合材料中碳纤维含量有显著影响，但对分散效果和碳纤维长度影响不大。
(2)碳纤维对聚苯硫醚熔融行为影响不大，但对其结晶行为有显著影响。碳纤维在聚苯硫醚的结晶过程中起着非均相成核作用，提高了聚苯硫醚的结晶度和结晶温度，使结晶峰向高温移动。聚苯硫醚和聚苯硫醚/碳纤维在氮气氛下具有优异的热稳定性，在400℃时失重小于5%，在800℃时失重小于60%。聚苯硫醚/碳纤维的玻璃化转变温度比聚苯硫醚高2℃。
(3)随着冷却速率的增加，聚苯硫醚和聚苯硫醚/碳纤维的结晶峰向低温方向移动，结晶峰变宽。聚苯硫醚和聚苯硫醚/碳纤维的7，Tp，tl/2下降，而AT1上升。在相同的冷却速率下，聚苯硫醚/碳纤维的初始结晶温度为7，最高结晶速率温度为7。比聚苯硫醚高，但半结晶时间缩短。提高冷却速率会降低聚苯硫醚和聚苯硫醚/碳纤维的相对结晶度，缩短结晶时间。在相同的温度和冷却速率下，聚苯硫醚/碳纤维的相对结晶度大于聚苯硫醚。分别用方程法和莫志申方程法模拟聚苯硫醚的非等温结晶动力学。研究表明，mozhishen方程法更适合描述聚苯硫醚的非等温结晶动力学。
参考
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