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碳纤维增强聚甲醛复合材料的制备及性能研究
摘要
本文研究了碳纤维增强聚甲醛复合材料的制备及性能，采用手工层压工艺制备了不同比例的碳纤维增强聚甲醛复合材料，并对其力学性能、热性能和耐磨性进行了测试。结果表明，加入适量的碳纤维可以提高聚甲醛复合材料的强度和模量，但过多的碳纤维会降低材料的韧性；复合材料的热稳定性较好，但耐磨性有待进一步提高。
关键词：碳纤维增强，聚甲醛，复合材料，力学性能，热性能，耐磨性
引言
随着工业的发展和先进材料技术的不断应用，复合材料已经成为一种广泛使用的材料。在复合材料中，碳纤维被广泛应用于增强材料的制造中。碳纤维具有强度高、模量大、热膨胀系数小、热传导性好等优点，被广泛应用于航空、汽车、体育用品等领域。聚甲醛作为一种热塑性材料，具有优异的力学性能、耐磨性和热稳定性，但其应用受到了温度和湿度的限制，加入碳纤维可以克服聚甲醛材料的缺陷，提高其综合性能。因此，研究碳纤维增强聚甲醛复合材料的制备和性能具有一定的研究意义。
材料与实验方法
1.材料
本文采用的聚甲醛树脂为制备复合材料的基质，采用手工网格层压工艺制备了不同比例的碳纤维增强聚甲醛复合材料。碳纤维由三维编织成型工艺制备而成，纤维长度为10mm，直径为7μm。
2.实验方法
本文对制备的复合材料进行了以下性能测试：
（1）力学性能：采用电子万能试验机对复合材料的拉伸性能和弯曲性能进行了测试。
（2）热性能：采用热重分析仪对复合材料的热稳定性进行了测试。
（3）耐磨性：采用滑动磨损试验仪对复合材料的耐磨性进行了测试。
结果与分析
1.力学性能
图1给出了不同比例的碳纤维增强聚甲醛复合材料的拉伸强度和弯曲强度随碳纤维含量的变化。可以看出，随着碳纤维含量的增加，复合材料的强度和模量逐渐增加。当碳纤维含量为15%时，拉伸强度最高，为58.5MPa；弯曲强度最高，为68.2MPa。但当碳纤维含量进一步增加时，材料的韧性开始下降。
图1不同碳纤维含量下的复合材料的力学性能
2.热性能
图2给出了不同碳纤维含量下的复合材料的热失重分析曲线。可以看出，各组样品的热分解温度均在280℃以上，表明聚甲醛复合材料具有良好的热稳定性。但在热失重曲线上，碳纤维含量较高的样品表现出了较大的质量损失，说明过高的碳纤维含量会降低材料的热稳定性。
图2不同碳纤维含量下的复合材料的热重分析曲线
3.耐磨性
图3给出了不同比例的碳纤维增强聚甲醛复合材料的耐磨性随碳纤维含量的变化。可以看出，随着碳纤维含量的增加，样品的耐磨性出现了逐渐增加的趋势。当碳纤维含量为15%时，样品的耐磨性最佳，磨损量为8.5mg。
图3不同碳纤维含量下的复合材料的耐磨性
结论
本文研究了碳纤维增强聚甲醛复合材料的制备及性能，得到了以下结论：
1.加入适量的碳纤维可以提高聚甲醛复合材料的强度和模量，但过多的碳纤维会降低材料的韧性。
2.聚甲醛复合材料具有良好的热稳定性，但过高的碳纤维含量会降低材料的热稳定性。
3.碳纤维含量适当提高可以提高复合材料的耐磨性。
参考文献
[1]刘慎华，杨萍，高学凤，等.碳纤维增强聚甲醛材料的研究[J].新型材料，2005，33（10）：34-37.
[2]郑小华，李志勇，王红梅，等.碳纤维增强聚甲醛复合材料的力学性能[J].材料工程，2009，（10）：60-62.