碳纤维增强尼龙复合材料的研究
山 东 科 技 大 学
本科毕业设计（论文）开题报告
题 目 碳纤维增强尼龙复合材料的研究
学 院 名 称 材料科学与工程学院
专业班级 高分子材料与工程2009-1
学生姓名 王 晶
学 号 200901130120
指 导 教 师 张如良
填表时间： 2013 年 4月2日
填表说明
1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。
3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。
4.参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。
5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。
设计（论文）
题目 碳纤维增强尼龙复合材料的研究
设计（论文）
类型（划“√”） 工程实际 科研项目 实验室建设 理论研究 其它
√
一、本课题的研究目的和意义
聚酰胺(PA，俗称尼龙)是美国DuPont公司最先开发用于纤维的树脂，于1939年实现工业化。20世纪50年代开始开发和生产注塑制品，以取代金属满足下游工业制品轻量化、降低成本的要求。聚酰胺主链上含有许多重复的酰胺基，用作塑料时称尼龙，用作合成纤维时我们称为锦纶，根据二元胺和二元酸或氨基酸中含有碳原子数的不同，可制得多种不同的聚酰胺，目前聚酰胺品种多达几十种，其中以聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610的应用最广泛[1]。
尼龙是通用工程塑料中产量最大、品种最多、应用最广、性能优良的基础树脂。具有力学强度高、韧性好、耐磨等一系列优点。但由于尼龙的酰基和水分子之间容易形成氢键，因此有较大的吸水性，造成产品尺寸稳定性差，耐强酸强碱性差，干态和低温冲击强度低等[2]。为了克服这些缺点，提高尼龙材料的力学性能，扩大应用范围，国内外的研究者对尼龙6进行大量的改性研究和开发，例如采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维及芳纶纤维对尼龙进行增强，通过基体增韧、纤维结构的优化、混杂、纤维表面处理等途径对尼龙进行增韧等，研制开发出一系列综合性能优越、可满足特殊要求的改性尼龙新品种，可广泛应用于汽车工业、航空航天工业、国防工业以及文体用品等，前景十分可观[3]。
通过纤维改性尼龙能够大大提高尼龙的耐酸性耐碱性和物理性能，使其适用范围更广，因此用纤维改性尼龙具有很重要的意义。本课题将对此展开研究。
二、本课题的主要研究内容（提纲）
本次课题主要进行不同含量的碳纤维对尼龙基体增强效果的研究，采用了双螺杆挤出机共混改性后测试复合材料的力学性能。主要研究内容有：
（1）碳纤维含量对尼龙基体增强的影响；
（2）工艺参数对尼龙基体增强的影响；
（3）尼龙种类对复合材料强度的影响；
三、 文献综述（国内外研究情况及其发展）
目前研究的纤维改性尼龙有玻璃纤维改性尼龙、碳纤维改性尼龙、芳纶纤维改性尼龙、玄武岩改性尼龙以及超高分子量聚乙烯纤维改性尼龙等，这里主要介绍玻纤改性尼龙和碳纤维改性尼龙。
3.1玻璃纤维增强尼龙研究进展
玻璃纤维增强复合材料，是以聚合物为集体，以玻璃纤维为增强材料而制成复合材料，综合了聚合物和玻璃纤维的性能，具有比强度高、耐腐蚀、隔热、成型收缩率小等优点。采用玻璃纤维增强尼龙可以成倍提高尼龙的强度，大幅度提高其热变形温度，是制造高强度耐热尼龙的有效途径。
目前，国外对高GF含量PA66的研究较多，研制出的高GF含量的PA66材料具有高刚性。如美国杜邦公司生产的Zytel70G43L BK031，日本ICI公司的VertonRF700-10和RA-D7008，日本Tonya公司生产的Airman CM 3001G45,德国BASF公司生产的Ultramid A3WGIO以及法国Rhoda公司的Technyl
A216V50,A218V40,A218V50等，玻纤含量高达50%。而国内目前由于工艺技术、设备等原因的困扰，玻纤含量最高只能达到40%左右，并且由于工艺技术的欠缺，造成产品强度低、流动性差、玻纤外露严重，产品档次一直在中低档产品中徘徊，对于高玻纤含量产品，国内使用的高玻纤增强尼龙为进口材料。
随着应用市场的飞速发展，对玻纤增强尼龙提出更高的要求。国内对玻纤增强尼龙材料进行了大量理论研究和产品开发。从基体中玻纤含量、玻纤的尺寸、玻纤的分散性、玻纤与尼龙基料的粘结程度、各种助剂的正确使用以及工艺条件的调整等不同的方面进行研究以达到增强的目的。研究情况如下： 孙红玲[4]用硅烷偶联剂KH550对长玻纤进行表面处理后采用熔融共混法制备了尼龙66/长玻纤复合材料，分析了玻纤含量、温度对复合材料热膨胀系数的影响。结果表明，随着玻纤含量的增加复合材料的热膨胀系数显著下降；随着温度的升高，复合材料的热膨胀系数先增大后减小最后趋于平衡。王艇[5]以通用聚酰胺为基体，以短切玻璃纤维（事先以硅烷偶联剂进行表面处理）对其进行共混改性。实验测得当玻璃纤维用量约为30%时，材料的拉伸强度、拉伸模量和弯曲强度、弯曲模量最好，冲击强度为5.3KJ/cm2力学性能呈先上升后下降的趋势。高志秋[6]用熔体浸渍工艺制备了长玻纤增强尼龙6预浸料，结果得出长玻纤增强尼龙复合材料的力学性能明显优于短玻纤增强尼龙复合材料。张士华，陈光等人[7]通过碱催化阴离子聚合反应制备玻璃纤维增强单体浇铸尼龙复合材料( GFMCPA),研究了在干摩擦和水润滑条件下，玻璃纤维含量对尼龙复合材料的摩擦性能具有显著影响；玻璃纤维质量分数达到30%后复合材料具有较好的耐磨性；在水润滑条件下，复合材料的摩擦系数和磨损量较干摩擦时大幅度降低。
玻璃纤维表面能够与聚酰胺之间形成紧密结合，改善玻纤与聚酰胺复合材料的界面状况与分散性可以提高聚酰胺复合材料的力学性能。刘相果等[8] 究了多种偶联剂对GF/PA66的微观结构及性能的影响。结果表明,偶联剂的加入,不仅使GF在PA66基体中基本呈均匀分布,而且使材料的结构及性能有较大的改善；复合偶联剂A1100+A+B的改性效果优于单独使用A1100；复合偶联剂中A1100的最佳含量为1.5%；偶联剂的失效机理为界面的脱粘、脱粘后的摩擦和纤维的拔出。
高玻纤含量增强尼龙可以提高尼龙的强度、尺寸稳定性和降低吸水率，但是也带来一系列的问题。当玻纤的含量超过40％时，复合体系的熔体粘度增大，不仅使加工成型困难，而且制品容易出现玻纤外露、表面粗糙的不良现象，特别是玻纤含量高的PA制品尤其严重，所以玻纤增强尼龙的研究仍有很长的路要走。
3.2碳纤维改性尼龙研究进展
碳纤维改性尼龙材料近年来发展很快，因为尼龙和碳纤维都是各自领域性能优异的材料，其复合材料综合体现了二者的优越性，强度与刚性比未增强的尼龙高很多，高温蠕变小，热稳定性显著提高，尺寸精度好，耐磨，阻尼性优良，与玻纤增强尼龙相比有更好的综合性能。
针对尼龙的优缺点及目前碳纤维复合材料的研究热点,从以下几个方面对国内外碳纤维改性尼龙研究现状加以介绍
(1) 碳纤维与尼龙基体界面性能的研究
复合材料的性能不仅取决于材料的组成,而且取决于组成材料之间的界面粘结状态及界面应力的传递方式,界面结合的强度会直接影响复合材料的力学性能。碳纤维与基体树脂的结合力不够,因此在应用时须进行表面处理。
国外，JQ.Irob等[9]采用表面电聚合对碳纤维表面进行处理，结果表明，水相条件下，在CF表面通过电化学聚合吡咯后，CF表面自由能提高40%，从而使CF在尼龙基体中的润湿性能大大改善。S.J.Park和B.J.Kim[10]对碳纤维表面进行臭氧处理，针对臭氧浓度和处理时间进行讨论。通过傅里叶变换红外分附析和X射线光电子光谱分析发现，经过臭氧处理后,羰基、酯基、羟基等含氧官能团粘在碳纤维表面以提高界面黏结度。J.Li[11]用Y射线对碳纤维进行表面处理,处理后的复合材料多种性能均得到改善。
国内, 李春华[12]等人通过双螺杆反应挤出机制备碳纤维复合材料的研究了复合材料的微结构和力学性能,碳纤维的扫描电镜照片显示,处理后的碳纤维较未处理碳纤维有更好的表面粗糙度。复合材料断面照片显示处理后的碳纤维和基体尼龙6材料有着很好的界面结合。复合材料的力学性能得到提高,其拉伸强度和拉伸模量分别提高了33%和50%。赵洪凯等人[13]采用阴离子原位聚合碳纤维增强尼龙，在碳纤维表面接枝上高聚物活性官能团,以调节复合材料中纤维与树脂之间的界面效应,从而改善复合材料的性能,结果发现碳纤维表面对原位聚合生成的尼龙以及改性尼龙结晶有很大影响,碳纤维未接枝处理时表面形成的横晶比较少;碳纤维接枝处理后可以看见纤维附近存在大量晶体结构,结晶体密度高,有利于材料性能改良。郑立允，赵立新等[14]发现用液相氧化法处理碳纤维可以增加纤维表面的凸凹度、比表面积和表面含氧官能团的含量, 从而提高纤维与基体之间的粘接强度,
提高复合材料的力学性能。中石化[15]采用液相氧化加阳极氧化处理方法,使碳纤维表面的缺陷得到修复,机械强度更高。
(2) 碳纤维增韧尼龙的研究进展
除上面介绍的界面改性外,碳纤维复合材料的增韧还可以通过基体增韧、碳纤维结构形式的优化及混杂等途径来实现。
目前尼龙基体增韧体系主要包括:PA/聚烯烃弹性体、PA/有机刚性粒子、PA/无机刚性粒子,其中第一种体系对冲击性能提高幅度最大,应用也最为广泛,然而对于拉伸强度的影响也最大。另一个研究热点就是运用热致性液晶材料(TLCP)自发取向的特征,通过改善材料的流动性能和纤维的分布均匀性等以达到自增强增韧的作用。
碳纤维结构形式的优化是指通过现代二维、三维整体编织技术,按制件的形状和尺寸设计复合材料增强体构架，这样既能保证所需形状，又能保持纤维的完整性，同时能有效控制纤维含量。在此类复合材料中,断裂的分散化、纤维网络的弯曲分层以及断裂桥联作用使得层间韧性提高,从而产生增韧效果。
混杂又称混纤纱，浸渍是指将树脂纤维和增强纤维拉丝后合股，成形时树脂纤维熔融并均匀分散到纤维上。因树脂纤维和增强纤维达到理论上单丝分散水平，浸渍效果甚佳，增韧增强效果也更为明显，目前有报道的混纤纱体系主要有CF/PEEK和CF/PA。
(3) 碳纤维增强尼龙的研究进展
碳纤维具有质轻、拉伸强度高、耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变、导电、传热等特点，与玻璃纤维相比，模量高3〜5倍，因而是一种获得高刚性和高强度尼龙材料的优良增强材料。其中碳纤维复合材料可分为长（连续）纤维增强和短纤维增强两大类，纤维长度可从300~400m 到几个毫米不等。
目前国外大多采用尼龙6或尼龙66作为基体材料,以短切或长(连续)碳纤维作为增强材料。例如美国Wilson-Fiberfil国际公司使用40%碳纤维增强尼龙66,其弯曲强度提高到2758MPa,拉伸强度达到317. 2MPa,添加30%碳纤维, 其磨损因素为尼龙66本体的十分之一,添加20%碳纤维,其弯曲强度与添加40%的玻纤增强相同,达到294MPa。而纯尼龙- 66树脂的拉伸屈服强度只有86MPa,悬臂梁缺口冲击强度为69J/M。国内王军祥等人[16]用碳纤维填充尼龙1010制备了碳纤维增强尼龙复合材料，并对其力学性能和摩擦学性能进行了实验研究。结果表明：碳纤维增强使尼龙复合材料的拉伸强度、表面硬度、耐磨性增大，在润湿条件下的碳纤维增强尼龙材料的磨损率比在干燥时的磨损率要高，但摩擦系数却低。摩擦系数和磨损率与拉伸强度具有反比关系。郑立允等人[17]研究了碳纤维对CCF/MCPA力学性能的影响以及CCF/MCPA的摩擦学性能和磨损机制。结果表明,CCF/MCPA的弯曲强度、弯曲弹性模量、冲击强度和平面剪切强度随碳纤维含量的增加而提
CFRP碳纤维复合材料的实验与仿真研究
CFRP（碳纤维增强复合材料）的实验与仿真研究
元春峰 辛志峰, IDC,Lenovo
Fusanobu Nakamura, YMT,Lenovo
Joseph Holung, Raleigh,Lenovo
摘要: CFRP已成为航空航天乃至高端汽车的重要结构材料，但在电子领域的应用还不广泛。本文
以在ThinkPad产品上的应用，通过对CFRP材料的基本属性的实验与模拟，构建了其本构模型，
进而应用到整机产品；通过整机产品的实验仿真对比，积累了CFRP这一复合材料的应用经验，并
指导产品设计优化与开发。
关键词：Abaqus，仿真，模拟，CFRP，ThinkPad，CAE
前言
CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastic）由经过碳化的丙烯纤维与环氧树脂热固而成(如图
1所示)，是一种典型的复合材料，具有轻密度、高比强度的特点。在航空、交通，体育用品
领域得到了广泛应用，但在民用电子产品领域应用还比较少。对于这一新型的复合材料，通
过一定的实验和模拟计算，来掌握其物理特性，并指导于产品设计是非常必要的。本文先阐
述CFRP基材物性的实验与模拟对比研究，再实验模拟整个产品在耐压下的表现，最后给出优
化指导。
图1. CFRP图示
CFRP基材的实验与模拟
CAE分析中最重要的关键环节就是物性的准确输入，只有准确的输入，加上适当的求解
算法与技巧，才能够输出可信且准确的分析结果，否则就是无本之木，结果也随之千差万别。
碳纤维 环氧树脂 对于CFRP这种复合材料，通过实验测试其物性并通过仿真分析还原该实验数据，是不可取舍
的重要一环。
考虑到该材料在笔记本产品上作为顶盖的材料，以增加顶盖的耐压性能，提高笔记本整
体刚度；实验可从试样的弯曲实验出发，同时考虑到材料的各向异性，我们在加工好的笔记
本顶盖上切取不同方向的一定尺寸的试样（如图2所示），进行弯曲试验（如图3所示）。
图2. CFRP试样制备 图3. 弯曲试验测试
尼龙复合材料
尼龙复合材料
尼龙复合材料是一种由尼龙树脂与其他材料混合而成的复合材料，具有优异的性能和广泛的应用领域。尼龙复合材料通常具有高强度、耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性能，因此被广泛应用于汽车零部件、机械设备、电子产品和航空航天等领域。
首先，尼龙复合材料的高强度是其最显著的特点之一。尼龙树脂本身具有较高的强度和刚性，当与玻璃纤维、碳纤维等增强材料混合时，可以大大提高复合材料的强度和刚性，使其具有更好的抗拉、抗压和抗弯性能。因此，尼龙复合材料常被用于制造需要高强度材料的零部件，如汽车发动机罩、机械齿轮和飞机机身等。
其次，尼龙复合材料具有优异的耐磨性和耐腐蚀性能。尼龙树脂本身具有较好的耐磨性，当与填充剂、润滑剂等混合时，可以大大提高复合材料的耐磨性能，使其具有更长的使用寿命。同时，尼龙复合材料具有良好的耐腐蚀性能，能够抵抗酸碱腐蚀和化学介质侵蚀，因此被广泛应用于化工设备、食品机械和海洋工程等领域。
另外，尼龙复合材料还具有优异的耐高温性能。尼龙树脂具有较高的熔点和玻璃化转变温度，当与耐高温填料、稳定剂等混合时，可以大大提高复合材料的耐高温性能，使其能够在高温环境下长时间稳定工作。因此，尼龙复合材料常被用于制造耐高温零部件，如汽车发动机零部件、电子产品外壳和航空航天材料等。
总的来说，尼龙复合材料具有高强度、耐磨、耐腐蚀和耐高温等优异性能，被广泛应用于各个领域。随着科技的不断发展和进步，尼龙复合材料的性能将会得到进一步提升，应用领域也将会不断扩大。相信在未来的发展中，尼龙复合材料将会发挥越来越重要的作用，为各个行业带来更多的创新和发展。
碳纤维复合材料应用研究报告进展
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碳纤维复合材料的应用研究进展
姜楠
＜湖北大学材料科学与工程学院，武汉 430062）
摘要：本文概述了碳纤维复合材料vCFRP）的性能特点和应用研究进展。简要 介绍了碳纤维复合材料在大飞机制造业，深海油气田，非织造设备等方面的应 用情况，碳纤维复合材料湿热性能和抗氧化烧蚀技术的研究进展以及国内外的 研究状况。
关键词：碳纤维复合材料大飞机深海油气田非织造设备湿热性能抗氧化 烧蚀技术应用研究
1前言
碳纤维复合材料＜CFRP）自20世纪50年代面世以来就主要用于军工，航天 ，航空等尖端科学技术领域，其高强、高模、轻质、耐热、抗腐蚀等独特的性 能使其在飞机、火箭、导弹、人造卫星等方面发挥了巨大作用。随着 CFRP材料
性能的不断完善和提高，其优越的性能逐步被认可及价格的大幅度下降，使得 它在民用工业上的应用逐步扩大，目前在土木建筑、纺织、石油工业、医疗机 械、汽车工业等领域得到了广泛应用。
2 CFRP材料的性能特点
碳纤维是由碳元素组成的一种高性能增强纤维。其最高强度已达 7000MPa
，最高弹性模量达900GPa,而其密度约为1.8~2.1g/cm3,并具有低热膨胀、高 导热、耐磨、耐高温等优异性能，是一种很有发展前景的高性能纤维。碳纤维 由高度取向的石墨片层组成，并有明显的各向异性，沿纤维轴向 ，强度高、模量
高，而横向性能差，其强度和模量都很低。因此在使用时，主要应用碳纤维在 轴向的高性能。[1-2]
碳纤维是黑色有光泽，柔软的细丝。单纤维直径为
5~10pm，一般以数百根至一万根碳纤维组成的束丝供使用。由于原料和热处理 工艺不同，碳纤维的品种很多。高强度型碳纤维的密度约为 1.8g/cm3,而高模
量和超高模量的碳纤维密度约为1.85~2.1g/cm3。碳纤维具有优异的力学性能和 物理化学性能。碳纤维的另一特征是热膨胀系数小，其热膨胀系数与石墨片层 取向和石墨化程度有密切的关系。碳纤维具有优异的耐热和耐腐蚀性能。在惰 性气氛下碳纤维热稳定性好，在 2000C的高温下仍能保持良好的力学性能；但 在氧化氛围下超过450C碳纤维将被氧化，使其力学性能下降。碳纤维能耐一 般的酸，碱腐蚀。在高温下和金属有不同程度的界面反应，严重损伤纤维，因 此在用作金属基复合材料的增强物时，应采取有效的防止反应的措施。另外碳 纤维还有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化。 [3]
尼龙6改性研究进展
聚己内酰胺又称尼龙6（Nylon6），1938年由德国I.G.Farbon公司的P.Schlach发明，并于1943年由该公司首先实现工业化。普通尼龙6且有良好的物理、机械性能，例如拉伸强度高，耐磨性优异，抗冲击韧性好，耐化学药品和耐油性突出，是五大工程塑料中应用最广的品种。但由于其在低温和干燥状况下易脆化、抗冲击性能差，且吸水性差、尺寸稳定性差，限制了其更加广泛的应用。为此，国内外的研究者对尼龙6进行了大量的改性研究和开发，研制出许多综合性能优越、可满足特殊要求的改性尼龙材料，使普通工程塑料向高性能的工程塑料和功能塑料发展。
尼龙是重要的工程塑料，对其进行改性可以得到性能多样的产品，拓宽其应用领域。尼龙6的改性研究内容丰富，方法多样，增强改性是其中的重要内容。由于尼龙本身的优点以及生产厂商不断开发新品种及新的加工方法以适应新的用途，通过共混、共聚、嵌段、接枝、互穿网络、填充、增强、复合，包括目前日益成为热点的纳米级复合材料技术，赋予了尼龙工程塑料的高性能，从而使尼龙工程塑料在当今激烈的市场竞争中仍能占据五大工程塑料之首。尼龙6的增强改性主要是添加纤维状、片状或其它形状的填料，在保证其原有的耐化学性和良好的加工性的基础上，使其强度大幅度提高，尺寸稳定性和耐热性也得到明显改善。改性后的尼龙6作为一种性能优良的工程塑料广泛应用于机械、电子、交通、建筑和包装等领域。
纤维增强
典型的纤维增强有玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维。
用高强度纤维与树脂配合后能提高机体的物理力学性能，其增强效果主要依赖于纤维材料与机体的牢固粘结使塑料所受负荷能转移到高强度纤维上，并将负荷由局部传递到较大范围甚至于整个物体。
玻璃纤维增强尼龙材料是较为常用的纤维增强改性方法。表1列出了玻纤增强尼龙6复合材料和纯尼龙6材料的性能对比。
玻纤与基体之间的结合力起着控制聚合物复合材料力学性能的重要作用，并主要受玻纤表面处理的影响。偶联剂是某些具有特定基团的化合物，它能通过化学或物理作用将两种性质相差很大的材料结合起来。硅烷偶联剂在玻纤表面的应用能起到改善结合力的作用。崔周平等人系统考察了玻纤增强尼龙6复合材料力学性能的影响因素，并通过对比实验表明，用A1100偶联剂处理的玻纤较用A187及其它偶联剂处理的玻纤增强效果好。且玻纤的加入量以30%-40%为宜。
碳纤维增强热塑性复合材料的研究进展
2020 年第49 卷第 12 期石油化工PETROCHEMICAL TECHNOLOGY·1153·
特约述评DOI：10.3969/j.issn.1000-8144.2020.12.001
［收稿日期］2020-08-03；［修改稿日期］2020-10-29。
［作者简介］张琦（1984—），女，安徽省宿州市人，博士，高级工程师，电话 010-59202560，电邮 zhangqi01.bjhy@。联系人：
张师军，教授级高级工程师，中国石化高级专家，电话 010-59202738，电邮 zhangsj.bjhy@。
［基金项目］中国石油化工股份有限公司资助项目（219025-4）。碳纤维增强热塑性复合材料的研究进展
张 琦，张师军
（中国石化 北京化工研究院，北京 100013）
［摘要］碳纤维增强热塑性复合材料因出色的机械性能及易于加工、回收等优点受到广泛关注。对碳纤维/树脂进行界面改性
可改善碳纤维与热塑性树脂之间的化学键合、机械啮合以及界面浸润性，进而提高复合材料的综合性能。对碳纤维增强热塑
性复合材料的界面改性和材料性能研究等方面进行了综述，重点总结了碳纤维增强聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、
聚醚砜等热塑性复合材料的最新研究进展。
［关键词］碳纤维；热塑性复合材料；高性能；界面改性
［文章编号］1000-8144（2020）12-1153-12 ［中图分类号］TQ 322.4 ［文献标志码］A
Research development on carbon fiber reinforced thermoplastic composites
Zhang Qi，Zhang Shijun
（Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry，Beijing 100013，China）
［Abstract］Carbon fiber reinforced thermoplastic composite has attracted much attention due to its
增强尼龙是什么材料
增强尼龙是什么材料
增强尼龙是一种高性能复合材料，是尼龙树脂与增强纤维复合而成的材料。增强尼龙既保持了尼龙的优良性能，又具有增强纤维的高强度、高耐热、高刚性等特点。本文将介绍增强尼龙的组成、工艺、特性与应用。
组成
增强尼龙的主要组分有尼龙树脂和增强纤维。其中尼龙树脂是一种热塑性高分子聚合物，具有优良的耐热性、耐切割性、耐磨性、耐化学腐蚀性和耐候性等特点。增强纤维则是通过增强尼龙的强度、刚度、耐热性和耐腐蚀性等性能。常见的增强纤维有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。
工艺
增强尼龙的制备工艺主要包括挤出、注塑、压缩成型等方法。挤出法是将尼龙树脂与增强纤维经过混炼、加热后送入挤出机进行挤出成型。注塑法是将尼龙树脂与增强纤维混合后注入注塑机中进行注塑成型。压缩成型法则是将尼龙树脂与增强纤维混合后装入模具中，经过高温高压作用后压制成型。不同的工艺方法会影响增强尼龙的性能。
特性
增强尼龙具有以下特性：
1. 高强度：增强尼龙的强度可比传统的尼龙材料提高几倍到十几倍。
2. 高温性能：增强尼龙可在高温下长期工作，尤其是碳纤维增强尼龙，其高温性能更为优越。
3. 高刚性：增强尼龙的刚性比传统的尼龙材料更好，可用于强度要求较高的领域。
4. 良好的耐腐蚀性：增强尼龙具有良好的耐溶剂、耐化学腐蚀、耐热和耐候性等特点。
应用
增强尼龙广泛应用于航空、航天、汽车、机械、电子、体育用品等领域。具体应用包括：
1. 航空航天：制作飞机零件、动力系统零件、卫星零件等。
2. 汽车：制作发动机支撑件、悬架、刹车系统零件等。 3. 机械：制作齿轮、轴承、凸轮、导轨等。
4. 电子：制作电子零件、电子保护壳等。
5. 体育用品：制作高尔夫球杆、网球拍、自行车车架等。
总之，增强尼龙是一种优秀的复合材料，具有优良的物理和化学特性，在众多领域中有着广泛的应用前景。
碳纤维表面处理对复合材料强度的影响
碳纤维表面处理对复合材料强度的影响
【摘 要】 碳纤维增强复合材料由碳纤维与树脂基体共同组成，碳纤维与树脂基体的表面结合直接影响到复合材料的性能。本文通过采用不同的碳纤维表面处理方法，对处理后的碳纤维表现进行分析，对复合材料的界面性能进行研究，并用实验测试复合材料的界面结合强度，结果表明，采用低电压，短时间的电化学处理较浓硝酸氧化处理，对复合材料的增强效果的影响更明显。
【关键词】 碳纤维 表面处理 界面性能 抗弯强度
1 前言
与传统金属材料相比，碳纤维增强树脂基复合材料具有耐高温、耐腐蚀、质量轻、机械强度高的优点，被广泛应用于航空航天、军事、汽车、体育等领域。
碳纤维是有机纤维在惰性气氛中经高温碳化和石墨化制成的纤维状碳，它具有乱层石墨结构，其密度仅为钢密度的1/4，具有优异的力学性能，热稳定性，是一种高性能的先进非金属增强材料。
尽管碳纤维性能优异，但，由于其属脆性材料，单独使用，许多性能无法得到充分的发挥。只有与其它基体材料结合成复合材料，材料性能形成互补，才能有效发挥其优异的力学性能，因此，碳纤维在复合材料中被用作增强相。
用作复合材料的树脂基可分为两大类，一类是热固性树脂，另一类是热塑性树脂。热固性树脂由反应性低分子量预聚体或带有活性基团的高分子量聚合物组成；成型时，在固化剂或热作用下进行交联、缩聚，形成具有网状交联体结构。常见的有环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂以及酚醛树脂等。热塑性树脂由线型高分子量聚合物组成，在温度超过熔点时熔融，具有流变性，属物理变化。常见的有聚乙烯、尼龙、聚四氟乙烯等。
复合材料的界面由增强材料表面与基体材料表面相互作用形成的，它包含两相之间的过渡区域，界面相内的化学组成、分子排列、热性能、力学性能呈连续梯度性变化。界面相的结构由增强材料与基体材料表面的组成及二者之间的反应性能决定的，因此纤维表现处理的结果将影响复合材料的性能。
通过纤维表面处理可以增强纤维表面的化学活性与物理活性，从而增加其与基体间的结合或粘结。目前，对纤维表面处理主要有空气氧化法、液相氧化法、等离子体氧化法和电化学氧化法等方法。本文采用浓酸氧化处理、电化学处理方法对碳纤维表面进行处理，并利用SEM对比观察了处理前后纤维表面的形貌，研究碳纤维增强复合材料性能的影响。
碳纤维增强树脂基复合材料的概述
第1章 绪论
1.1碳纤维增强树脂基复合材料的概述
CFRP是以碳纤维为增强体，树脂为基体的复合材料，所选用的树脂基体主要分为两类：热
固性树脂和热塑性树脂。其中，热固性树脂由反应性的低分子量预聚体或者带有活性基团的
高分子量聚合物组成，其在成型过程中，在固化剂或热作用下进行交联、缩聚，形成不熔不溶的交联体型结构，在复合材料中常采用的有环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂
以及酚醛树脂等[15-17]；而热塑性树脂则由线型的高分子量聚合物组成，在一定条件下溶解
熔融，只发生物理变化，常用的热塑性树脂基体有聚乙烯、尼龙、聚四氟乙烯以及聚醚醚酮
等[18-20]。
碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)作为新型材料，崛起于20世纪60年代中期，在众多先进复合材料中，CFRP在技术成熟度与应用范围方面的表现尤为突出。与传统材料相比，CFRP
具有多种优异的性能，例如，(1)具有高的比强度和比模量，其密度为钢材的1/5，钛合金的1/3，比玻璃钢(GFRP)和铝合金还轻，使其比强度(强度/密度)是高强度钢、超硬铝、钛合金
的4倍左右，玻璃钢的2倍左右，而比模量却是他们的3倍；(2)具有良好的耐疲劳性，如
在静态下，CFRP循环105次且承受90%的极限强度应力时，才会被破坏，而钢材却只能承受极限强度的50%左右；(3)具有耐摩擦和抗摩擦性能，耐水性，耐蚀性；(4)同时还具有热
膨胀系数小，导电性好等特点[21]。
碳纤维在碳纤维增强树脂基复合材料中起到增强作用，而其中树脂基体则使复合材料成型为
一承载外力的整体，通过界面传递载荷于碳纤维，因此它对碳纤维复合材料的技术性能、成
型工艺以及产品价格等都有直接的影响[22, 23]。此外，碳纤维的复合方式也会对其复合材料的性能产生影响。碳纤维按照制备时的需要，大致可分为两种类型：连续纤维和短纤维，
其中，通常采用连续纤维增强的复合材料具有更好的机械性能，但由于其制造成本较高，并
不适应于大规模的生产；而短纤维复合材料可采用与树脂基体相同的加工工艺，如模压成型、
碳纤维及其复合材料研究进展
碳纤维及其复合材料研究进展
（江苏理工学院 材料工程学院 12110116 于小健）
摘要：本文在对碳纤维介绍的基础上，简单阐述了碳纤维的结构、特性及分类，并着重介绍了碳纤维复合材料的性质、分类、应用及成型方法，包括手糊成型，树脂传递模塑，喷射成型，注射成型，纤维缠绕成型及拉挤成型工艺。
关键词：碳纤维；复合材料；分类；成型
Research progress of carbon fiber composite material
Abstract: Based on the introduction of carbon fiber, briefly discusses the
structure, characteristics and classification of carbon fiber, and emphatically
introduces the properties of carbon fiber composite materials, classification,
application and molding method, including hand lay-up molding, resin transfer
molding, injection molding, Forming and pultrusion fiber winding
Keywords: carbon fiber; composite material; classification; molding
0.序言
碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的新型纤维材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。碳纤维作为一种高性能纤维,具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能。[1]碳纤维既可用作结构材料承载负荷，又可作为功能材料发挥作用。作为高性能纤维的一种，碳纤维碳材料已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。
碳纤维增强尼龙复合材料的研究
山 东 科 技 大 学
本科毕业设计（论文）开题报告
题 目 碳纤维增强尼龙复合材料的研究
学 院 名 称 材料科学与工程学院
专业班级 高分子材料与工程2009-1
学生姓名 王 晶
学 号 200901130120
指 导 教 师 张如良
填表时间： 2013 年 4月2日
填表说明
1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。
3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。
4.参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。
5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。
设计（论文）
题目 碳纤维增强尼龙复合材料的研究
设计（论文）
类型（划“√”） 工程实际 科研项目 实验室建设 理论研究 其它
√
一、本课题的研究目的和意义
聚酰胺(PA，俗称尼龙)是美国DuPont公司最先开发用于纤维的树脂，于1939年实现工业化。20世纪50年代开始开发和生产注塑制品，以取代金属满足下游工业制品轻量化、降低成本的要求。聚酰胺主链上含有许多重复的酰胺基，用作塑料时称尼龙，用作合成纤维时我们称为锦纶，根据二元胺和二元酸或氨基酸中含有碳原子数的不同，可制得多种不同的聚酰胺，目前聚酰胺品种多达几十种，其中以聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610的应用最广泛[1]。
尼龙是通用工程塑料中产量最大、品种最多、应用最广、性能优良的基础树脂。具有力学强度高、韧性好、耐磨等一系列优点。但由于尼龙的酰基和水分子之间容易形成氢键，因此有较大的吸水性，造成产品尺寸稳定性差，耐强酸强碱性差，干态和低温冲击强度低等[2]。为了克服这些缺点，提高尼龙材料的力学性能，扩大应用范围，国内外的研究者对尼龙6进行大量的改性研究和开发，例如采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维及芳纶纤维对尼龙进行增强，通过基体增韧、纤维结构的优化、混杂、纤维表面处理等途径对尼龙进行增韧等，研制开发出一系列综合性能优越、可满足特殊要求的改性尼龙新品种，可广泛应用于汽车工业、航空航天工业、国防工业以及文体用品等，前景十分可观[3]。