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长玻璃纤维增强聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料技术的研究

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摘要

符号说明

第一章 绪论

1.1 聚碳酸酯概述

1.1.1 聚碳酸酯的结构与性能

1.1.2 聚碳酸酯的应用

1.2 聚对苯二甲酸丁二醇酯概述

1.2.1 聚对苯二甲酸丁二醇酯的结构与性能

1.2.2 聚对苯二甲酸丁二醇酯的应用

1.3 PC/PBT合金

1.3.1 PC/PBT合金的介绍

1.3.2 PC/PBT合金的冲击性能改性

1.3.4 PC/PBT合金的结晶

1.4 PC/PBT相容性研究

第二章 纤维增强复合材料的复合理论及其强度预测

2.1 纤维增强复合材料的符合法则-混合定律

2.2 纤维增强复合材料的强度

2.2.1 应力传递理论

2.2.2 纤维增强复合材料强度

第三章 连续长纤维增强热塑性树脂基复合材料

3.1 长纤维增强热塑性复合材料的生产技术

3.2 长纤维增强热塑性复合材料的应用与发展

第四章 连续长纤维增强PC/PBT合金的性能与研究

4.1 实验部分

4.1.1 实验原料

4.1.2 实验生产及检测设备

4.1.3 长纤维增强PC/PBT复合材料的制备

4.1.4 复合材料的表征

4.1.5 结果与讨论

第五章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介

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摘要

连续长纤维增强热塑性树脂(LFT)是近年来快速发展的一项制备高性能复合材料的技术,本课题采用熔融挤出和熔融浸渍一体化的方法制备了连续长纤维增强聚碳酸酯(PC)/聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)复合材料,并对其热力学性能和微观结构进行了分析与研究。力学性能分析表明经过纤维增强的复合材料其拉伸强度,弯曲强度和模量,冲击强度都得到了非常大的提升,取得这么明显的增强效果是因为经过注塑后的LFT复合材料的纤维残留长度保持在一个较高的水平,远远大于短纤维增强复合材料的纤维残留长度,这样可以充分发挥增强纤维的优势。冲击性能的提高是因为加入玻纤后,纤维的拔出和断裂分散了冲击时因载荷而产生的能量。扫描电子显微镜(SEM)的图像清晰的展现了材料的冲击和拉伸断面上纤维的拔出和断裂现象,而前者占据了主要部分。另外,通过纤维的粗糙表面可以推断出基体和纤维之间良好的粘结性,这样因纤维和基体之间发生剥离现象分散一部分能量从而进一步提高了材料的力学性能。对纤维增强复合材料来说,纤维残留长度是其非常重要的一个指标,本文对不同纤维含量和不同PC/PBT配比的残留长度做了分析,结果显示,LFT复合材料的平均残留长度在2~3 mm之间,而经过计算的临界纤维长度大概在0.618~0.674 mm范围内,因纤维长度远远大于临界长度其性能优势可以得到充分的发挥。另外,残留长度随着纤维含量和PC的增加而有略微的降低。DSC对复合材料的结晶行为作了研究,结果显示,PC的加入阻碍了PBT分子链的自由运动导致其结晶温度和结晶度有所下降,而玻璃纤维的加入作为成核剂则提高了PBT的结晶度,改善了其结晶性能。高温下材料承受一定载荷的能力是材料非常重要的工程指标,本课题对复合材料的热变形温度的分析结果显示,PC和玻纤的加入都会提高PBT的HDT,但PC对HDT的影响性能十分微小,而玻纤的加入大大改善了材料的HDT,加入40 wt%的玻纤时,材料的HDT将近提高了4倍,可以在200℃的环境下保持力学性能的稳定。动态热机械分析(DMA)结果显示,玻纤的加入大大提高了PC/PBT合金的储能模量的同时降低了合金的损耗模量。而根据热失重分析(TGA)结果,长玻纤的加入使得合金的分解温度变宽,提高了其热稳定性的同时,材料的残炭量也有所增加。

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