【摘 要】
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随着碳纤维复合材料的广泛应用,其废弃物的回收利用也日益成为研究热点。经合理回收处理的碳纤维仍具有二次利用价值,如注塑成型短纤增强热塑复合材料。但再生碳纤维受到了一定损害,因此,目前的研究集中在通过改善纤维和树脂界面来提高复合材料的性能。本论文分为两个部分:第一部分,研究对象为由热裂解法制备的再生碳纤维（Reused Carbon Fiber缩写为RCF）、经剪切后得到的短切再生碳纤维（Short
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随着碳纤维复合材料的广泛应用,其废弃物的回收利用也日益成为研究热点。经合理回收处理的碳纤维仍具有二次利用价值,如注塑成型短纤增强热塑复合材料。但再生碳纤维受到了一定损害,因此,目前的研究集中在通过改善纤维和树脂界面来提高复合材料的性能。本论文分为两个部分:第一部分,研究对象为由热裂解法制备的再生碳纤维（Reused Carbon Fiber缩写为RCF）、经剪切后得到的短切再生碳纤维（Short Reused Carbon Fiber缩写为SRCF）以及经注塑工艺得到的短切再生碳纤维增强PP复合材料（SRCF/PP）。通过试验对SRCF的上浆方法进行了尝试,对RCF表面进行了观察,并对其力学性质进行了测试且与T300碳纤维进行了对比。此外,探究了一种上浆剂和PP助剂对SRCF/PP力学性能的影响,对不同处理后的SRCF/PP试样进行了拉伸、三点弯曲以及悬臂梁冲击试验,并对拉伸断面进行了观察。第二部分,为了将来对回收型碳纤维注塑成型工艺的优化,尝试利用Moldex3D软件对短纤维增强复合材料在注塑过程中纤维质量分数对纤维取向及分布与纤维剩余长度及分布的影响进行了模拟,此外将该结果与试验结果进行了对比和讨论。第一部分结论:1)找到了一种适合短纤维上浆的方法即漏斗浸渍法,该方法可较好的控制上浆率范围,并适用于大批量连续上浆。而且,通过对比发现Xc/Xy与Hc/He浆料对SRCF上浆效果好于FY浆料。此外,红外光谱分析结果显示,上浆后纤维表面增加了新的活性基团,这有利于提高纤维与树脂的结合性。2)RCF拉伸强度较T300降低24.6%,拉伸模量降低17.4%。通过SEM（扫描电子显微镜）观察RCF表面,发现RCF表面有大量沟槽,这是造成RCF拉伸强度降低的主要原因。3)经过不同处理后,SRCF/PP的拉伸强度及模量增加44%-72%、16%-27%,弯曲强度及模量增加35%-68%、13%-18%,缺口冲击强度增加59%-182%。拉伸断面观察看到处理后纤维与树脂结合得到明显改善,处理后纤维树脂间贴合紧密、断面孔洞明显减少、淬断纤维数量增多,并且纤维的表面包覆大量树脂。第二部结论:1)纤维取向在矩形板截面的分布出现“夹芯”结构,表层纤维较芯层纤维更多沿注塑方向取向。2)纤维在质量分数为25%、35%、50%时,纤维取向随质量分数提高略微增加。3)纤维长径比在20、35时,纤维含量的改变对纤维剩余平均长度的影响不明显;纤维长径比在50、71、90时,随着纤维含量从25%-35%和35%-50%的变化,纤维剩余长度呈不同程度的降低,长径比为50时,分别下降29%、8.7%,长径比71时,分别下降25.4%、5.6%。另外,通过模拟结果与文献的试验结果对比,纤维质量分数对纤维取向和纤维剩余长度的影响趋势保持一致。
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