TPI/PEEK及CNTs增强复合材料力学性能研究

摘要

材料是人类赖以生存与发展的物质基础。塑料作为其中重要的一类，在我们的生产生活中有着广泛应用，它们性能各异、优势各不相同。同时，人类社会发展日新月异，开发出适应新需求的材料已成为当务之急。 聚醚醚酮（Poly-ether-ether-ketone,PEEK）和聚酰亚胺（Polyimide,PI）是两类各具独特优势性能的特种工程塑料。PEEK耐强化学腐蚀且易于加工，但其高温力学性能较差。PI高温力学性能十分优异，但其不耐酸碱腐蚀，且由于熔体粘度过大成型方式受限。PI/PEEK共混合金材料可综合两者的优势，因此可以在更为极端的环境下使用。针对上述问题，本文通过共混技术制备了不同混合比例的TPI/PEEK材料。研究了不同混合比例材料在常温及高低温环境下的力学性能，结合微观形貌、结晶性能分析研究了材料最佳混合比例。最终实现了TPI及PEEK优势性能的综合，制备出一类耐高温、易加工的合金材料。 在此基础上，本文采用模拟手段对共混材料的界面性能进行研究，进而解释了TPI/PEEK材料破坏机理。将介观动力学、有限元方法、分子动力学分别应用于材料相形貌分布及外力作用下材料应力分布、界面结合性能的模拟分析中，综合以上分析结果分析确定了TPI/PEEK材料主要的破坏失效形式：材料界面处结合性能较差且易出现应力集中，因而TPI/PEEK共混体系易在界面处发生破坏进而引起材料失效。 针对TPI/PEEK材料界面结合性能较差问题，本文通过添加多壁碳纳米管并调控工艺实现了多壁碳纳米管在界面处的选择性分布，进而提升了材料的力学性能。电镜实验发现碳纳米管多集中分布于TPI/PEEK共混体系界面处，拉伸实验表明碳纳米管的加入在一定程度上提升了材料在常温及高温下的力学性能，同时实验结果表明碳纳米管的加入使得材料的导热系数有了一定提升。本文最终制得一种耐高温、耐腐蚀、易加工的多功能材料。

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