拉伸-剪切混合流场对提高聚酰胺612/碳纤维复合材料加工性能和抗冲击性的协同效应

《Polymer Engineering & Science》：Synergistic Effects of Elongational–Shear Hybrid Flow Fields on Enhancing Processability and Impact Resistance of Polyamide 612/Carbon Fiber Composites

碳纤维增强尼龙（PA612/CF）加工中新型螺杆（ES）的周期性通道结构提升了熔体流动性和纤维保留长度，优化了剪切场以减少分子降解和缠结，使材料机械性能和结晶潜力显著提高，冲击强度在0-40wt%纤维含量时优于传统螺杆（CS）。

　　

摘要

碳纤维增强聚酰胺复合材料（PA612/CF）在轻量化、高性能应用中至关重要。本研究对比了具有周期性通道结构的新型螺杆（ES）与传统螺杆（CS）在加工PA612/CF时的性能。通过流变学、纤维保留率、结晶过程和力学分析发现，ES螺杆的拉伸流主导的剪切场增强了熔体的流动性（使熔体流动更顺畅），并减少了分子缠结。使用ES螺杆加工PA612时，由于剪切作用的优化，熔体的分子量更高，从而降低了材料的降解程度，进而提升了材料的力学性能和结晶潜力。ES螺杆有效减少了纤维断裂，使纤维在物料中的保留时间比CS螺杆更长，同时改善了纤维的分布和界面结合。冲击强度测试表明，在纤维含量为0–40%的情况下，ES螺杆的表现优于CS螺杆，这得益于其较低的应力集中和延迟的裂纹扩展机制。ES螺杆兼具高效的混合能力和较低的纤维损伤率，为高纤维含量工程塑料的制备带来了突破。本研究为优化螺杆设计以提升复合材料在航空航天和汽车行业的性能提供了重要启示。该研究结合了设备设计（ES螺杆）、工艺创新（拉伸-剪切混合流场）以及性能优化（长纤维保留长度/低分子缠结）三个方面，实现了从基础理论到工业应用的多尺度创新。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。