碳纤维长度对碳纤维/聚丙烯纤维毡模压成型复合材料力学性能的影响

摘要

碳纤维增强热塑性复合材料因其环保、轻质且高强度的优势而被广泛应用。在生产加工碳纤维(CF)时，企业常面临纤维因质量或规格不达标而只能废弃的问题，若能有效地利用这些废弃纤维，不仅能降低成本，还能提升环保效益。利用企业生产过程中的CF尾料，短切成50 mm和70 mm,采用非织造技术将CF与改性后的聚丙烯纤维(PP)均匀混合，制备碳纤维/聚丙烯纤维混合毡(CF/PP)。模压成型后，测试复合材料的力学性能。借助图像识别软件ImageJ统计碳纤维毡和复合材料中CF的排布情况，实现纤维取向度的定性和定量表征，讨论不同长度CF的取向和力学性能的关联性。CF在梳理和铺网过程中，较多纤维沿梳理方向排列。纤维取向的定量结果显示，梳理方向(CD)上，模压过程中PP纤维熔融使得CF在层内伸直度提高，在-45°～45°,50复材-CD的纤维取向分布相比50毡-CD提高10.8%;纤维取向和力学性能变化趋势一致，50复材-CD与70复材-CD的纤维取向分布比值为1.16,拉伸强度比值为1.17,弯曲强度比值为1.06。纤维取向分布是影响其力学性能的重要条件之一，在本工艺条件下，CF50/PP展现出更为优异的纤维取向分布特性。

关键词

热塑性复合材料 / 无纺结构 / 碳纤维长度 / 纤维取向 / 图像识别

基金资助

国家重点研发计划(2022YFB3704500)