冲击载荷作用下碳纳米管/尼龙66复合材料的力学性能实验研究

摘要

尼龙66(PA66)具有软化点高，耐热性，在较高温度下也能保持高强度和高刚度等优异性能，被广泛应用于航空航天、体育用品、汽车、兵器、建筑、日用品等众多工程领域，其产量在工程塑料中一直占首位。但是PA66结构中含有酰胺基团(-NHCO-)，酰胺基团属于极性基团，在高温、潮湿或紫外照射的环境中，极容易发生热降解、水解以及光降解，从而影响尼龙66制品的尺寸稳定性和力学性能，降低了产品的稳定性和使用寿命，这一缺点极大地限制了PA66的应用。
　　为了扩大PA66的应用范围和使用寿命，有必要对PA66进行改性。根据前人的研究可知，填充改性是一种改善PA66稳定性的有效方法。多壁碳纳米管(MWCNTs)以其特有的高比强度，低密度，大长细比等优良性能被作为聚合物复合材料的理想增强剂，可以提高基体的机械强度，硬度和耐磨性等。在PA66中加入MWCNTs制备MWCNTs/PA66复合材料是一种很有效的方法。MWCNTs/PA66复合材料的优异性能已经引起越来越多学者的关注。大多数研究集中在结晶性能，电学性能，静力拉伸强度等方面。然而这些设备或部件在服役过程中常常受到压缩和冲击的作用，但MWCNTs/PA66复合材料在冲击和压缩载荷作用下的性能研究报道却很少。因此，本论文在MWCNTs表面改性的基础上，采用熔融共混法制备了一系列MWCNTs/PA66复合材料，并且探讨了复合材料在准静态压缩和动态压缩条件下的力学响应，通过探讨复合材料的动态和静态力学性能，研究了碳纳米管的添加对复合材料力学性能的影响。具体研究结果如下:
　　(1)添加A-MWCNTs使得MWCNTs/PA66复合材料的压缩弹性模量、压缩屈服强度比PA66明显降低;随着P-MWCNTs和D-MWCNTs的含量的增加，复合材料的弹性模量、屈服强度逐渐增加，但当P-MWCNTs和D-MWCNTs的含量大于2.5％时，弹性模量、屈服强度会逐渐下降，甚至低于PA66。
　　(2)D25和P25的屈服强度比纯PA66分别增加了15.0％和13.2％。当MWCNTs含量超过2.5 wt％时，MWCNTs/PA66复合材料的屈服强度会下降。
　　(3)MWCNTs/PA66复合材料与PA66均有明显的应变率效应，都是应变率敏感材料。
　　(4)当应变率相同时，与PA66相比，P25和D25的屈服强度明显提高，屈服强度的最大增量为4％-13％。与PA66相比，随着MWCNTs的wt％增加，复合材料的屈服强度先增加而后降低，临界wt％是2.5wt％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 尼龙66和碳纳米管

1．2．1 尼龙66的性能和应用

1．2．2 碳纳米管的结构及应用

1．2 碳纳米管／尼龙66复合材料的研究进展

1．3 本文的研究工作

第二章 碳纳米管／尼龙66复合材料的制备

2．1 材料的命名方法及文中字母代表的含义

2．2 MWCNTs／PA66复合材料的制备

2．2．1 A-MWCNTs，D-MWCNTs，P-MWCNTs的制备

2．2．2 MWCNTs／PA66复合材料的制备

第三章 MWCNTs／PA66复合材料的力学行为研究

3．1 试件尺寸

3．2 测试表征

3．2．1 准静态性能测试

3．2．2 冲击性能测试

3．2．3 扫描电镜分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 MWCNTs／PA66复合材料的压缩力学性能

3．3．2 MWCNTs／PA66复合材料的动态压缩力学性毹

3．3．3 PA66，P25和D25的动态压缩比较

3．3．4 CNTs在PA66基体中的分散性

第四章 全文总结与工作展望

4．1 全文总结

4．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文