【正文】 21 圖 40%UHMWPE 不同含量碳纖維材料拉伸力學(xué)性能 圖 50%UHMWPE 不同含量碳纖維材料拉伸力學(xué)性能 圖 60%UHMWPE 不同含量碳纖維材料 拉伸力學(xué)性能 綜合分析 圖 ， 圖 ， 圖 ， 圖 ，我們可以發(fā)現(xiàn)： （ 1）隨著碳纖維含量在復(fù)合材料里逐漸增大，拉斷復(fù)合材料需要的力越來越大，即復(fù)合材料的抗拉斷能力明顯增強(qiáng)； （ 2）當(dāng)超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的 60%時，隨著碳纖維含量在復(fù)合材料里逐漸增大，拉斷復(fù)合材料需要的力也越來越大，但沒有 UPE 含量占復(fù)合材料的 50%時所需的力大； （ 3）當(dāng)超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的 50%時，碳纖維含量占復(fù)合材料的 2%時，拉斷復(fù)合材料所需要的力最大，復(fù)合材料的抗拉斷性能達(dá)到最優(yōu) 。 25 展望 由于時間的限制性，本文只是對于碳纖維 /超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的性能做了簡單的評價，在今后的日子中希望可以繼續(xù)完成這項試驗。 （ 2）當(dāng)超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的 60%時，隨著碳纖維含量在復(fù)合材料里逐漸增大，壓斷復(fù)合材料需要的力也越來越大，但沒有 UPE 含量占復(fù)合材料的 50%時所需的力大。 當(dāng)超高分子量聚乙烯含量占復(fù)合材料的 50%時：不加碳纖維時的復(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。 5. 添加 2%碳纖維時對超高分子量聚乙烯材料性能的影響 試驗準(zhǔn)備 試驗材料 試驗材料有超高分子量聚乙烯，木粉，偶聯(lián)劑 P908， 5mm 碳纖維 試驗設(shè)備 同 試驗過程 超高分子量材料的制備 本次試驗共配置四 種添加 2%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% 65% 3% 2% 2 40% 55% 3% 2% 3 50% 45% 3% 2% 4 60% 35% 3% 2% 拉伸性能的測 定 同 18 抗彎性能的測定 同 試驗結(jié)果與分析 試驗結(jié)果 （ 1）拉伸性能 圖 添 加 2%碳纖維時各種含量 UHMWPE復(fù)合材料拉伸彈性模量 （ 2）抗彎性能 圖 添 加 2%碳纖維時各種含量 UHMWPE復(fù)合材料抗彎彈性模量 結(jié)果分析 觀察圖 ，我們可以得知：復(fù)合材料里添加 2%碳纖維時，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，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。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，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減小。經(jīng)計算，需調(diào)節(jié)試驗儀器的跨度為 27mm,然后量取待測試樣的寬度和厚度，輸入連接力學(xué)試驗機(jī)的電腦，試驗開始，電腦軟件會自動生成該試樣應(yīng)力和應(yīng)變的圖形，然后點擊自動生成報告，每個試樣做三組數(shù)據(jù)，以保證試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。 常用的填料有二氧化硅 ,碳黑 ,三氧化鋁 , 玻璃纖維 ,碳纖維 ,PTFE 等。其中脂肪族碳?xì)浠衔镉校禾荚訑?shù)在 22以上的 n鏈烷烴及以其作主成分的低級烷烴混合物；石油分裂精制得到的石蠟等。共混所用的第二組份主要是指低熔點、低粘度樹脂，有 LDPE、 HDPE、 PP、聚酯等，其中使用較多的是中分子量 PE(分子量 40萬～ 60萬 )和低分子量 PE(分子量40萬 )。 （ 5）耐低溫性 超高分子量聚乙烯具有非常優(yōu)良的耐低溫性能 ,是所有塑料中最佳的 ,即使在液氮溫度 (296度 )下仍具有延展性 ,因而可用于低溫部件和管道以及核工業(yè)的耐低溫部件。隨著分子量 8 的增大其耐磨性還能進(jìn)一步提高。另外，它具有良好的組織相容性，是一種很好的生物材料。 1880年，愛迪生用棉、亞麻等纖維制取碳絲用作電燈絲，因為碳絲亮度太低，加上太脆和易氧化，后改為鎢絲。 聚合物樹脂基體以及高性能的玻璃纖維、碳纖維和芳綸增強(qiáng)體的復(fù)合材料在一些新的應(yīng)用領(lǐng)域取得進(jìn)展，如具有防爆功能的裝甲復(fù)合材料，以天然氣作動力的汽車發(fā)動機(jī)汽缸，機(jī)械驅(qū)動軸，高速路高架橋承載梁等，在基建、兵器、醫(yī)療器械、體育休閑用品等領(lǐng)域都存在巨大的市場潛力。 CFRP材料由德國 Tenax公司生產(chǎn)提供。 MW級的風(fēng)機(jī)葉片長度在 40m以上， 10MW級的風(fēng)機(jī)葉片長度達(dá) 60m，必須采用碳纖維復(fù)合材料才能滿足葉片輕質(zhì)、高強(qiáng)度和高模量的要求。碳 /碳和碳 /酚醛復(fù)合材料用于彈頭端頭、發(fā)動機(jī)噴管喉襯等耐燒蝕部件的防熱，如美國“侏儒”、“民兵”、“三叉戟”等戰(zhàn)略導(dǎo)彈；碳纖維復(fù)合材料用于固體發(fā)動機(jī)殼體，如美國“大力神 4”火箭、法國的“阿里安娜 2”火箭改型、日本的 M5火箭等的發(fā)動機(jī)殼體，其中使用量最大的是美國赫克里斯公司生產(chǎn)的抗拉強(qiáng) 度為 IM7碳纖維。通常玻璃纖維復(fù)合材料的密度要 高出碳纖維復(fù)合材料的 1/3以上，其抗拉強(qiáng)度僅是碳纖維復(fù)合材料的 2/3，而其模量則不到 1/3，滿足不了高性能飛機(jī)的要求。 復(fù) 合材料 的層 間 剪切 強(qiáng) 度 (ILSS)測 試 表 明 ， 預(yù) 輻 照 處理和氧 化 還 原 法 丙 烯 酸處理使復(fù) 合材料 的 ILSS強(qiáng) 度 提 高 了 16%左右 ， 與 此 同 時 復(fù) 合材料 的 拉伸 強(qiáng) 度 只 是 有 輕 微 的 下降 。 Masahiro Toyoda等先將碳纖維在 HNO3電解質(zhì)溶液中恒電流電解，然后在1000℃下使其剝離，制備成為納米或亞微米 級 的 碳 纖維 原 纖 (Excfs)。 Li Jin等用碳纖維作為工作電極，用循環(huán)伏安法或計時電位法，分別將苯酚、間苯二胺、丙烯酸的電聚合物沉積在碳纖維表面。 碳纖維按原料分類可分為聚丙烯睛基 (PAN)碳纖維、瀝青基碳纖維、膠粘基和酚醛樹脂碳纖維 ,目前主要以 PAN碳纖維、瀝青基碳纖維為主。目前世界碳纖維生產(chǎn)主要集中在日本、英國、美國、法國、韓國等少數(shù)發(fā)達(dá)國家和我國臺灣省 ,其中日本的三家企業(yè) :東麗公司、東邦公司和三菱人造絲就占據(jù)了全世界 78%左右的產(chǎn)量。近些年來，該類碳纖維復(fù)合材料在工程中的應(yīng)用迅猛增長，主要是代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬材料，用于飛機(jī)制造、汽車制造、造船、化工、家具與電氣設(shè)備等領(lǐng)域，特別是在航空、艦艇、核能等領(lǐng)域尤其受到重用，新型的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料己經(jīng)從試用到生產(chǎn)、從單個零件到大面積使用、從軍用產(chǎn)品到民用產(chǎn)品均得到迅速的發(fā)展，大規(guī)模采用復(fù)合材料的日子己經(jīng)為期不遠(yuǎn)，應(yīng)用前景十分廣闊。它具有高比強(qiáng)度、高比模量、抗疲勞、耐腐蝕、可設(shè)計性強(qiáng)、便于大面積整體成型以及具有特殊電磁性能等特點，已經(jīng)成為最重要的航空結(jié)構(gòu)材料之一。 Tensile properties。隨著碳纖維在復(fù)合材料里所占含量逐漸增大，拉斷和壓斷復(fù)合材料需要的力越來越大，即復(fù)合材料的抗拉斷和抗壓斷能力都逐漸增強(qiáng)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目： 碳纖維 /超高分子量聚乙烯復(fù)合材 料的制備及物理力學(xué)性能測試 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾 ：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 通過對碳纖維 /超高分子量聚乙烯試樣拉伸性能和抗彎性能的測試發(fā)現(xiàn) :在超高分子量聚乙烯中添加碳纖維進(jìn)行共混可以明顯提高復(fù)合材料的力學(xué)性能 ，像拉伸性能，抗彎性能都得到不同程度的增強(qiáng)。 UHMWPE。 碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料 (CFRP)是以有機(jī)高分子材料為基體、碳纖維為增強(qiáng)材料，通過復(fù)合工藝制備而成，具有明顯優(yōu)于原組分性能的一類新型材料。碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料在對密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要 求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場合，都頗具優(yōu)勢。同年日本人 do發(fā)明了用 PAN原絲制取 CF的新方法并申請了專利。由于在碳纖形成過程中 ,非碳原子的脫除會形成各種微小缺陷 ,加之微晶的大小、取向程度等諸因素影響使得最終纖維強(qiáng)度及模量與理論值差異較大 ,從另一 方面說明發(fā)展高強(qiáng)度高模量碳纖維仍具有很大潛力。 SEM圖 像 表 明 ， 接 枝 碳 納米 管的 碳 纖維復(fù) 合材料 單 絲 拔 出 試 驗 后 纖維 與 樹脂基體 的 斷 面 較 未 接 枝 碳 納米 管的 原 碳纖維 與 樹脂基體 斷 面 更 粗糙 。 復(fù) 合材料 斷 裂 面的 SEM圖 像 表 明 ， 單 壁 碳 納米 管和 樹脂基體 之 間 有 拔 出 和 剝 離兩種 破壞 方 式 。 兩種 方 法處理 后碳 纖 維表 面的氧 含量 都 明 顯 增加，增加 了 纖維表 明 極 性 基 團(tuán) 的 含量，增 強(qiáng) 了 環(huán) 氧樹脂 對 碳 纖維 的 浸 潤 性 。碳纖維復(fù)合材料的研究開發(fā)啟迪于對玻璃纖維復(fù)合材料性能的認(rèn)識和經(jīng)驗。 碳纖維復(fù)合材料在航天領(lǐng)域主要應(yīng)用于導(dǎo)彈彈頭、彈體、火箭箭體、發(fā)動機(jī) 5 殼體的結(jié)構(gòu)部件，以及大型衛(wèi)星結(jié)構(gòu)體、太陽能電池陣、天線等的主承力結(jié)構(gòu)件。中國的增長速率可能會更快，據(jù)估計中國風(fēng)電葉片的需求量在 20xx～ 20xx年之間約為 7000多片， 20xx～ 2020年之間將達(dá)到 50000片。目前已研制出的 CFRP汽車長 、寬 、高 ，重量只有 570kg。米其林公司現(xiàn)在就有一條芳綸子午輪胎生產(chǎn)線。 碳纖維的研究與應(yīng)用已經(jīng)有一百多年的歷史。此外，還具有纖維的柔曲性和可編織性，在航空航天、軍事、工業(yè)、體育器材等許多方面有著廣泛的應(yīng)用。 超高分子量聚乙烯的性能 （ 1）耐磨性 超高分子量聚乙烯的耐磨性居各種塑料之首 ,并超過某些金屬。纖維比強(qiáng)度是迄今已商品化的所有纖維中最高的 ,比碳纖維大 4倍 ,比鋼絲大 10倍 ,比芳綸纖維大 50%。 9 共混法改善超高分子量聚乙烯的熔體流動性是最有效、最簡便和最實用的途徑。用于超高分子量聚乙烯的流動改進(jìn)劑主要是指脂肪族碳?xì)浠衔锛?其衍生物。在超高分子量聚乙烯中添加填料進(jìn)行共混性可以提高其耐熱性能和力學(xué)性能 , 從而制備出結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良的耐磨材料。根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)塑料彎曲性能試驗方法 GB/T934120xx，抗彎性能的測定選用上述壓成條狀的試樣 ，把試樣支撐成橫梁，使其在跨度中心以恒定速度彎曲，直到試樣斷裂或變形達(dá)到預(yù)定值，測量該過程中對試樣施加的壓力。 15 觀察圖 ，我們可以發(fā)現(xiàn)：復(fù)合材料里不加碳纖維時，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，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，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 40%時：不加碳纖維時的復(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。 抗彎數(shù)據(jù)圖 22 圖 30%UHMWPE 不同含量碳纖維材料抗彎力學(xué)性能 圖 40%UHMWPE 不同含量碳纖維材料抗彎力學(xué)性能 圖 50%UHMWPE 不同含量碳纖維材料抗彎力學(xué)性能 23 圖 60%UHMWPE 不同含量碳纖維材料抗彎力學(xué)性能 綜合分析 圖 ， 圖 ， 圖 ， 圖 ，我們可以發(fā)現(xiàn)： （ 1）隨著碳纖 維含量在復(fù)合材料里逐漸增大，壓斷復(fù)合材料需要的力越來越大，即復(fù)合材料的抗壓斷能力明顯增