摘要
碳纤维(CF)增强热塑性树脂基复合材料(CFTP)因其轻质高强、环保、优异抗冲击性能等特性，有望取代热固性树脂基复合材料，在航天航空、汽车等领域高性能结构件中发挥重要作用。因聚苯硫醚(PPS)价格低廉、性能优异，CF/PPS除了在军用方面得到了发展，在汽车、电子等民用领域也引起了极大的关注。 PPS成型温度高，CF表面原有环氧类施胶剂降解温度低，从而会在加工过程中会出现降解，导致界面粘附力下降。CF和PPS都呈惰性，难以发生化学键接，CF与PPS的界面浸润黏附效果会比较差。因此，需要对CF进行表面改性。上浆剂法可以在不损伤CF自身力学性能基础上，改善CF与基体的界面润湿性，成为CF表面改性的一个合适的方法。CF/PPS复合材料关于上浆方法研究较少，且PPS链上基团少，制备基体衍生物复杂，因此将主要从热塑性树脂常用上浆剂中选择合适上浆剂。 首先，通过分子动力学模拟进行PA6、PEI、PU与基体PPS相容性，以及其与CF表面的相互作用计算，从而对常用上浆剂进行评估，确定最合适上浆剂为PEI。以分子力学为基础，使用Materials Studio建立含有PEI和MWCNT的上浆剂体系并预测力学性能，包括纯PEI、二者共混的PEI-MWCNT。 其次，利用不同浓度的PEI上浆剂改性CF，发现随上浆剂浓度增大，改性CF表面活性逐渐提高，表面粗糙度增大，单丝拉伸强度小幅度提升，表面润湿性改善。通过一系列表征说明PEI上浆剂最佳浓度为0.01g/mL；在最佳浓度的PEI上浆剂中，加入不同含量的MWCNT，制备PEI和MWCNT共混的PEI-MWCNT上浆剂，对上浆后CF进行一系列表征可知，PEI-MWCNT上浆后，对CF单丝强度和润湿性能进一步提升。当浓度为0.5wt%时，综合性能较好。 最后，讨论成型温度和保压时间对CF/PPS力学性能的影响，从而确定最佳工艺参数为330℃、30min。在最佳工艺下，制备不同浓度PEI上浆CF/PPS复合材料，通过力学性能可得出PEI最佳浓度为0.01g/mL，此时它的层间剪切强度和弯曲强度达到了33.2MPa和524.11MPa，与CF/PPS复合材料相比，分别提高了4%和14.54%。PEI-MWCNT最佳上浆剂浓度为0.5wt%时，此时层间剪切强度和弯曲强度为39.59MPa和561.8MPa，与CF/PPS复合材料相比，分别提高了20.4%和23.36%，与PEI上浆CF/PPS相比，分别提升了19%和7.2%。
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