摘要
与碳纤维增强热固性树脂复合材料相比，碳纤维增强热塑性树脂复合材料具有更好的抗冲击性、自润滑性和可回收性，且制造周期短，广泛应用于交通运输、体育和汽车等领域。原位阴离子聚合由于单体粘度低，能够充分浸润纤维增强体，解决热塑性树脂的高熔融粘度导致其熔体难以浸润增强材料的难题。但阴离子聚合尼龙6(APA6)的吸水性较强，热稳定性和尺寸稳定性较差，力学性能不足等缺点限制其广泛应用，使用玻璃纤维和碳纤维对APA6进行增强改性可以明显改善APA6的综合性能。随着人们环境保护意识的增强，使用苎麻基碳纤维或短切PAN基碳纤维作为增强材料提供了新的解决思路。 以酚醛树脂(PF)作为粘结剂，以苎麻纤维为碳纤维的前驱体制备稳固而具有良好刚性的碳粘结碳纤维网络增强体(CFNR)，采用真空辅助树脂转移成型工艺(VARTM)制备了RCFNR/APA6复合材料。系统研究了热处理前后苎麻纤维的物理和化学变化，并对RCFNR/APA6复合材料的力学性能、冲击断面形貌和热稳定性进行了系统表征。研究结果显示：经过高温热处理的苎麻纤维已经完全炭化，但仍残留少量酚醛树脂，碳化的苎麻纤维内部形成了微孔，力学性能下降，因而RCFNR/APA6复合材料拉伸性能提高不明显，但是弯曲性能和冲击性能有所提高。碳化后的苎麻纤维对复合材料的热稳定性没有影响，RCFNR中残留的酚醛树脂显著提高复合材料的热分解温度。 鉴于RCFNR对APA6的增强效果不明显，采用长度为1mm的短切PAN基碳纤维(SCF)制备了SCFNR/APA6复合材料。通过研究表明：短切碳纤维通过碳粘结点搭接而形成三维网络增强体(SCFNR)，虽然SCFNR/APA6复合材料的拉伸性能仍未有明显改善，但是弯曲性能和冲击性能的提升显著。SCFNR的加入为CL的阴离子聚合提供了大量的成核点，APA6更易于生成稳定的α晶型，SCFNR/APA6复合材料的热稳定性也得到了显著提高。 为了进一步研究碳纤维长度对复合材料增强效果的影响，以长度为10mm的PAN基碳纤维制备了碳粘结长碳纤维网络(LCFNR)增强材料，通过CL单体的原位阴离子聚合制备了LCFNR/APA6复合材料。研究发现，LCFNR中长碳纤维分散更加有序，碳纤维之间通过碳粘结点以面接和搭接的方式形成了网络增强体。LCFNR/APA6复合材料的拉伸性能和弯曲性能随LCFNR体积分数的增加而提高，冲击性能则呈现出先升后降的变化趋势。LCFNR的加入对复合材料的热分解起到了物理屏障的作用，复合材料的最大热分解温度向高温方向推移。由于LCFNR中碳质粘结碳纤维的方式不同于SCFNR，因此，两者的三维结构和增强机理都差别显著，最终使得LCFNR/APA6复合材料的拉伸和弯曲性能明显优于SCFNR/APA6复合材料。
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