【正文】 碳纖維進(jìn)行共混可以明顯提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。 綜合分析圖 ，圖 ，我們發(fā)現(xiàn)： 當(dāng)超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材 料的 30%時(shí)：不加碳纖維時(shí)的復(fù)合材料彎彈性模量為 ,添加 1%的碳纖維后復(fù)合材料的抗彎彈性模量為，添加 2%的碳纖維后復(fù)合材料的抗彎彈性模量 ，隨著碳纖維含量的增加，復(fù)合材料的抗彎彈性模量逐漸增大。當(dāng)超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的比例為 50%時(shí)，復(fù)合材料的拉伸彈性模量達(dá)到最大。 4. 添加 1%碳纖維時(shí)對(duì)超高分子量聚乙烯材料性能的影響 試驗(yàn)準(zhǔn)備 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)材料有超高分子量聚乙烯，木粉，偶聯(lián)劑， 5mm 碳纖維 試驗(yàn)設(shè)備 同 試驗(yàn)過程 超高分子量材料的制備 本次試驗(yàn)共配置四種添加 1%5mm碳纖維超高分子量聚乙烯 /木粉材料： 表 木粉和 UHMWPE配方及含量： 配方 UHMWPE 木粉 偶聯(lián)劑 5mm碳纖維 1 30% 66% 3% 1% 2 40% 56% 3% 1% 3 50% 46% 3% 1% 4 60% 36% 3% 1% 拉伸性能的測定 同 抗彎性能的測定 16 同 試驗(yàn)結(jié)果與分析 試驗(yàn)結(jié)果 （ 1）拉伸性能 圖 添 加 1%碳纖維時(shí)各種含量 UHMWPE復(fù)合材料拉伸彈性模量 （ 2）抗彎性能 圖 添 加 1%碳纖維時(shí)各種含量 UHMWPE復(fù)合材料抗彎彈性模量 結(jié)果分析 （ 1）觀察圖 ，我們可以得知：復(fù)合材料里添加 1%碳纖維時(shí)，當(dāng)超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的比例不超過 50%時(shí)，隨著超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的比例逐漸增加，復(fù)合材料的拉伸彈性模量逐漸增大。而且應(yīng)力與應(yīng)變成比列關(guān)系，其斜率可以表示為 E=σ /ε，稱為彈性模量。 實(shí)驗(yàn)方法簡述 選用高強(qiáng)度碳纖維作為增強(qiáng)材料，超高分子量聚乙烯為基體，制備 占試樣總含量 1%和 2%的碳纖維試樣，并對(duì)其 抗彎性能和拉伸性能 進(jìn)行測定 和比較分析 ，研究碳纖維含量對(duì)復(fù)合材料性能的影響及碳纖維在復(fù)合材料中所起的作用 ，從而得出結(jié)論。 （ 4）超高分子量聚乙烯的自增強(qiáng) 在超高分子量聚乙烯基體中加 入超高分子量聚乙烯纖維，由于基體和纖維具有相同的化學(xué)特征，因此化學(xué)相容性好，兩組份的界面結(jié)合力強(qiáng)，從而可獲得機(jī)械性能優(yōu)良的復(fù)合材料。 改性方法 （ 1）與低、中分子量 PE共混 超高分子量聚乙烯與分子量低的 LDPE(分子量 1000～ 20xx0，以 5000～120xx為最佳 )共混可使其成型加工性獲得顯著改善，但 同時(shí)會(huì)使拉伸強(qiáng)度、撓曲彈性等力學(xué)性能有所下降。除了氧化性酸溶液外 ,在一定溫度和濃度范圍內(nèi)能耐多種酸、堿、鹽類溶液的腐蝕。其沖擊強(qiáng)度起先隨分子量的增大而提高 ,在分子量為 150萬左右達(dá)到最大值 ,其后隨分子量的升高而逐漸下降。因此在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的制備中，尤其需要注意基體與纖維的結(jié)合性能。1959年，美國聯(lián)合碳化物公司（ Union Carbon Corp）研究出了人造絲為原料，通過控制熱解制造碳纖維，用與上述類似的工藝制造碳纖維。 主要研究內(nèi)容 由于超高 分子量聚乙烯熔體粘度極高 ,加工比較困難 ,限制了其的應(yīng)用，超高分子量聚乙烯通過改性 ,可以改變其缺陷 ,提高了其加工流動(dòng)性 ,可以達(dá)到增韌、增強(qiáng)、提高耐熱以及抗磨損的性能。包括車身和底盤基座等在內(nèi)的大多復(fù)合材料部件采用低成本的整體成型技術(shù)，既提高了性能，又降低了成本。 對(duì)于未來的汽車工業(yè)，碳纖維復(fù)合材料將成為汽車制造的主流材料。 碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料也被用于航天飛機(jī)艙門、機(jī)械臂和壓力容器等。在碳纖維之前，曾經(jīng)開發(fā)過硼纖維， 1960年鎢絲芯硼纖維開始了小批量的生產(chǎn)，硼纖維直徑約 100μ m，其彈性模量達(dá) 400GPa，拉抗強(qiáng)度達(dá) 3800MPa；環(huán)氧增強(qiáng)的硼纖維（ VF≈ 60%）彈性模量達(dá) 200GPa（相對(duì)密度≈ ），是玻璃纖維復(fù)合材料的彈性模量 40GPa（相對(duì)密度≈ ）的 5倍，約是鋁合金的彈性模量 70GPa（相對(duì)密度≈ ）的 3倍。力學(xué)性能測試表明，經(jīng)濃硝酸 90min處理后復(fù)合材料達(dá)到了較好的力學(xué)性能， 彎曲 強(qiáng) 度 和 模 量 由 處理 前 的 927MPa和 59GPa提 高 到 1198MPa和 65GPa， 層 間 剪切 強(qiáng) 度也 由 處理 前 的 34MPa提 高 到 58MPa。 材料 的 彎曲 強(qiáng) 度 和 模 量 較 原 PMMA提 高 了 166%和 171%。經(jīng) 苯酚 處理 后 ，復(fù) 合材料 的 彎曲和層 間 剪切 強(qiáng) 度 分 別 提 高 了 100%和 112%。碳纖維廣泛應(yīng)用于航空、交通運(yùn)輸、建材等領(lǐng)域外 ,在體育休閑和一般產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛 .的發(fā)展 ,80年代中期 , 碳纖維在體育用途方面的消耗量超過宇航用途 ,同時(shí)在開發(fā)低電壓 或電磁界面隔板塑料結(jié)構(gòu)件及智能材料方面有著巨大潛力。早在 20世紀(jì) 60一70年代 ,在國家有關(guān)部門支持下 ,十幾家科研單位就已開始碳纖維研究工作?？刂平缑娼Y(jié)合強(qiáng)度的最關(guān)鍵因素是對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理，增加碳纖維表面有效官能 團(tuán)。熱固性樹脂由反應(yīng)性低分子量預(yù)聚體或帶有活性基團(tuán)高分子量聚合物組成，成型過程中，在固化劑或熱作用下進(jìn)行交聯(lián)、縮聚，形成不熔不溶的交聯(lián)體型結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料是材料領(lǐng)域的后起之秀，它的出現(xiàn)帶來了材料領(lǐng)域的重大變革，從而形成了金屬材料、無機(jī)材料、高分子材料和復(fù)合材料多角共存的格局。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出當(dāng)超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的 50%時(shí)，碳纖維含量占復(fù)合材料的 2%時(shí)，拉斷和壓斷復(fù)合材料所需要的力都達(dá)到最大，復(fù)合材料的抗拉斷性能和抗壓斷性能都達(dá)到最優(yōu) 。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別 加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 拉伸性能 。第三階段，纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料階段。常用的有聚乙烯、尼龍、聚醚醚酮等。因此，弄清不同因素對(duì)其界面性能的影響，不僅具有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值，而且對(duì)提高復(fù)合材料整體性能具有重要的指導(dǎo)作用。目前 ,國內(nèi)碳纖維年用量為 1500噸 ,其中 95%依賴進(jìn)口。 Feng An等用氣溶膠輔助化學(xué)氣相沉積法在 T300纖維表面接枝碳納米管，使接枝后的纖維氣體吸附 BET法比表面積幾乎是原碳纖維的三倍，達(dá)到 。力學(xué)性能測試表明，當(dāng)單壁碳納米 管的 質(zhì)量 分?jǐn)?shù) 為 %時(shí) ，復(fù) 合材料 的 沖擊 強(qiáng) 度 下降 5%， 但是 其 沖擊 后 壓 縮 性能 卻 提高 %。研究表明對(duì)碳纖維表面等離子處理增強(qiáng)了纖維和樹脂基體之間的范德華作用力。隨著碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)異性能越來越多地被認(rèn)識(shí)和接受，其在能源、交通、汽車、海洋、建筑及其他工業(yè)部門的應(yīng)用近年來在快速地發(fā)展。基于這一事實(shí)，著手發(fā)展碳纖維復(fù)合材料，于 20世紀(jì) 60年代后期，研發(fā)成功聚丙烯腈基碳纖維并實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，從此開始了碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的里程。 隨著全球石油資源緊缺局面的加劇，新能源的開發(fā)和利用已成為當(dāng)今十分重要的研究課題，其中風(fēng)能的開發(fā)和利用已形成全球的共識(shí)。 英國 Cranfield大學(xué)的研究成果也表明，每年生產(chǎn) 2萬輛的 CFRP汽車是可行的。 除了碳纖維復(fù)合材料，其他新型復(fù)合材料也在汽車上有廣泛應(yīng)用，例如，汽車的光顯示系統(tǒng)采用了塑料光纖，發(fā)動(dòng)機(jī)的傳感器采用了耐 150～ 180℃高溫的耐熱塑料光纖，汽車的空調(diào)濾材采用熔噴法超細(xì)纖維的無紡布濾材（美國 3M公司采用熔噴法生產(chǎn)的超細(xì)纖維聚酯無紡布濾材），汽車的輪胎簾子布采用芳綸簾子布。一般是指纖維中含碳量在 95%左右的碳纖維和含碳量在 99%的石墨纖 維，它不屬于有機(jī)纖維范疇，但從制法上看，它又不同于普通無機(jī)纖維。日本、 美國是世界上主要生產(chǎn)碳纖維的國家，目前我國碳纖維的產(chǎn)量每年超過百噸，但是質(zhì)量不是很高，日本不僅是碳纖維的主要產(chǎn)量國，而且是世界上各國高質(zhì)量聚丙烯腈的供應(yīng)國。但是由于其極高的分子量 ,在具有優(yōu)異性能的同時(shí) ,加工也極其困難 ,使得其成型工藝比較局限。它的吸水率在工程塑 料中是最小的。 （ 9) 密度 超高分子量聚乙烯的密度比其它所有工程塑料都低 ,因此其制品非常輕便 . 超高分子量聚乙烯的密度為 94 g /cm3 左右 ,比聚四氟乙烯輕 56%,比聚甲苯、 PBT輕 30%。有專利指出，在超高分 子量聚乙烯 /HDPE共混體系中加入很少量的細(xì)小的成核劑硅灰石 (其粒徑尺寸范圍 5nm～ 50nm，表面積 100m2/g～ 400m2/g)，可很好地補(bǔ)償機(jī)械性能的降低。為了使得超高分子量聚乙烯能在條件要求更高的某些場合得到應(yīng)用。 拉伸性能的測定 拉伸性能的測定選用上述壓成的啞鈴狀的試樣，設(shè)定力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的參數(shù)，然后量取待測試樣的寬度和厚度，輸入連接力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的電腦，試驗(yàn)開始，電腦軟件會(huì)自動(dòng)生成該試樣力和位移的圖形，然后點(diǎn)擊自動(dòng)生成報(bào)告，每個(gè)試樣做三組數(shù)據(jù)，以保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。但當(dāng)超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的比例超過 50%時(shí)，隨著超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的比例逐漸增加，復(fù)合材料的拉伸彈性模量逐漸減小。 （ 2）觀察圖 ，我們可以發(fā)現(xiàn)：復(fù)合材料里添加 1%碳纖維時(shí)，當(dāng)超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的比例不超過 50%時(shí)，隨著超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的比例逐漸增加，復(fù)合材料的抗彎彈性模量逐漸增大。當(dāng)超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的比例為 50%時(shí)，復(fù)合材料的抗彎彈性模量達(dá)到最大。 當(dāng)超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的 60%時(shí)：不加碳纖維時(shí)的復(fù)合材料抗彎彈性模量為 ,添加 1%的碳纖維后復(fù)合材料的抗彎彈性模量為，添加 2%的碳纖維后復(fù)合 材料的抗彎彈性模量 ，隨著碳纖維含量的增加，復(fù)合材料的抗彎彈性模量逐漸增大。 （ 4）當(dāng)超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的 50%時(shí)，碳纖維含量占復(fù)合材料的 2%時(shí)，拉斷和壓斷復(fù)合材料所需要的力最大，復(fù)合材料的抗拉斷性能和抗壓斷性能都 達(dá)到最優(yōu) 。 （ 3）當(dāng)超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的 50%時(shí)，碳纖維含量占復(fù)合材料的2%時(shí)，壓斷復(fù)合材料所需要的力最大，復(fù)合材料的抗壓斷性能達(dá)到最優(yōu)。 當(dāng)超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的 60%時(shí)：不加碳纖維時(shí)的復(fù)合材料拉伸彈性模量為 ,添加 1%的碳纖維后復(fù)合材料的拉伸彈性模量為，添加 2%的碳纖維后復(fù)合材料的拉伸彈性模量為 ，隨著碳纖維含量的增加，復(fù)合材料的拉伸彈性模量逐漸增大。但當(dāng)超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的比例超過 50%時(shí)，隨著超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的比例逐漸增加，復(fù)合材料的拉伸彈性模量逐漸減小。當(dāng)超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的比例為 50%時(shí)，復(fù)合材料的抗彎彈性模量達(dá)到最大。 試驗(yàn)結(jié)果與分析 試驗(yàn)結(jié)果 （ 1）拉伸性能 14 圖 不加碳纖維時(shí)各種含量 UHMWPE復(fù)合材料拉伸彈性模量 （ 2）抗彎性能 圖 不加碳纖維時(shí)各種含量 UHMWPE復(fù)合材料抗彎彈性模量 結(jié)果分析 許多材料在試驗(yàn)初始階段的變形，卸載后可以恢復(fù)，即為彈性變形。不同的工作者對(duì)這幾種填料都做了詳細(xì)的研究。 （ 3）液晶高分子原位復(fù)合材料 液晶高分子原位復(fù)合材料是指熱致液晶高分子 (TLCP)與熱塑性樹脂的共混物，這種共混物在熔融加工過程中，由于 TLCP分子結(jié)構(gòu)的剛直性，在力場作用下可自發(fā)地沿流動(dòng)方向取向，產(chǎn)生明顯的剪切變稀行為，并在基體樹脂中原位就地形成具有取向結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)相，即就地成纖，從而起到增強(qiáng)熱塑性樹脂和改善加工流動(dòng)性的作用。當(dāng)共混體系被加熱到熔點(diǎn)以上時(shí)，超高分子量聚乙烯樹脂就會(huì)懸浮在第二組份樹脂的液相中，形成可擠出、可注射的懸浮體物料。 （ 6）耐化學(xué)藥品性能 超高分子量聚乙烯具有優(yōu)良耐化學(xué)藥品性能。 （ 2）耐沖擊性 超高分子量聚乙烯的沖擊強(qiáng)度 ,在整個(gè)工程塑料中名列前茅 ,約為聚碳酸酯的 2倍 ,ABS 的 5倍 ,聚甲醛和 PBT 的 10余倍。但是，碳纖維較脆，易斷，易脫落，其微米 尺寸的纖維可能對(duì)人體有害。20世紀(jì) 60年代，人們對(duì)碳纖維的原料及制造方法等方面進(jìn)行了大量的研究工作。西歐、美國和日本在家居用品方面，復(fù)合材料的用量在過去的 20年間也有很大的增長，而在中國，大規(guī)模地采用復(fù)合材料成品的市場還有待于進(jìn)一步開發(fā)。 美國福特公司在數(shù)年前研制成功的一款稱之為“ Sunrise”的體驗(yàn)型全復(fù)合材料汽車，并生產(chǎn)出數(shù)輛樣車，這種以“金牛座”汽車為基型的復(fù)合材料汽車， 6 總重量不到“金牛座”的 2/3（即 20xx/3314，磅），汽油的使用效能達(dá) 。因此風(fēng)電市場的快速增長將極大地推動(dòng)碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。以高性能碳（石墨）纖維復(fù)合材料為典型代表的先進(jìn)復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)、功能或結(jié)構(gòu) /功