多相纤维协同增强尼龙基复合材料增材制造研究

摘要

连续纤维增强复合材料(C-FRP)具有杰出的力学性能,在航空航天、交通运输等领域得到了广泛的应用。熔丝制造(FFF)是应用最为广泛的增材制造技术,在连续纤维增强复合材料复杂构件制造中具有巨大的潜力。然而,熔丝制造技术制备的复合材料构件与传统工艺制造的复合材料构件间存在较大的力学性能差异,严重阻碍了此类先进复合材料构件的制造与应用。本文基于共挤出增材制造工艺,提出了一种制造连续纤维和短切纤维协同增强的尼龙基复合材料的方法,分别对比了单相纤维增强尼龙基复合材料(GF/PA、CF/PA、CCF/PA)和多相纤维增强尼龙基复合材料(CCF/GF-PA、CCF/CF-PA)的力学性能和热性能,并分析了多相纤维增强尼龙复合材料的失效模式。实验结果表明,CCF/CF-PA的拉伸和弯曲性能相较于CCF/PA分别提高了约13.50%和29.97%,其玻璃化转变温度值达到53.72°C。可见,多相纤维协同增强作用有利于提高复合材料的力学性能和热性能。本文研究为多相纤维协同增强树脂基复合材料制造提供了一个新的思路。