纤维增强热塑性复合材料复合过程中纤维断裂研究

摘要

高性能树脂基复合材料大部分是先通过拉挤熔融工艺成型方法制成连续纤维增强复合材料预浸料或预浸带，而后通过后续成型工艺，诸如注塑、模压、RTM等成型工艺制成目标产品。现如今，预浸料的制备过程已有很多科研成果，包括浸渍理论、界面结合等等，但是鲜有对复合过程中连续纤维断裂的研究，纤维在复合过程中的断裂仅仅停留在经验层面，无法准确描述实验工艺参数及原料性能对复合过程中纤维断裂的影响。
　　通过拉挤熔融成型的工艺方法，成型了连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料预浸料，研究了连续纤维丝束在复合过程中运动历程，分析了其在运动过程中的受力情况，结合纤维丝束本身的强度概率分布函数（二参数的Weibull分布），建立了基于物料参数（树脂的黏度），纤维物性参数（Weibull参数），工艺参数（停留时间、浸渍辊数、模具温度），模具结构尺寸参数的纤维断裂理论模型。
　　利用实验室自主设计加工的连续纤维增强热塑性复合材料（Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composites）预浸料的制备平台进行实验，对所建立的纤维断裂的理论模型中部分的参数影响规律进行了验证，分别考察了停留时间、模具温度以及浸渍辊数对纤维断裂率和预浸料浸渍效果的影响。最后利用正交实验分析软件，得到在实验室条件下的最优工艺参数，最终得到拉挤熔融成型工艺下制备复合材料预浸料的加工区间，为工业化生产提供一定的参考规范和理论依据。
　　讨论了片状和条状粒料以及粒料纤维含量与注塑制品的残余纤维长度以及力学性能之间的关系，并利用Moldflow模流分析软件分析熔体温度以及纤维含量对制品中纤维状态（纤维取向和残余长度）的影响，并与实验结果进行对比分析。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 复合材料发展

1．1．2 纤维增强热塑性树脂基复合材料

1．2 连续纤维增强热塑性复合材料成型方法及浸渍工艺

1．2．1 连续纤维增强热塑性树脂基复合材料成型方法

1．2．2 连续纤维增强热塑性树膳基复合材料预浸料制备工艺

1．3 热塑性树脂渗透理论

1．4 复合过程中纤维断裂研究

1．4．1 纤维断裂理论

1．4．2 复合过程工艺研究及纤维受力分析

1．5 本文主要研究内容

1．5．1 论文选题的立论、目的及意义

1．5．2 本课题研究内容

第二章 连续纤维增强热塑性复合材料复合过程纤维断裂模型

2．1 引言

2．2 纤维受力研究

2．3 纤维断裂模型的建立

2．3．1 模型的理论基础

2．3．2 模型建立

2．4 模型讨论

2．4．1 应力对断裂率的影响

2．4．2 相同工艺不同纤维的断裂率

2．5 本章小结

第三章 连续玻纤增强聚丙烯预浸料制备工艺过程纤维断裂

3．1 引言

3．2 试验条件

3．2．1 制备预浸料的工艺流程

3．2．2 实验设备

3．2．3 实验材料

3．2．4 表征方法

3．3 模型中相关参数的测定

3．3．1 纤维强度分布的Weibull参数

3．3．2 PP树脂流变参数

3．3．3 润滑边界层厚度的讨论

3．4 实验结果

3．4．1 牵引速度

3．4．2 浸渍辊数

3．4．3 模具温度

3．4．4 浸渍辊子形状

3．5 正交实验优化

3．5．1 正交实验方法

3．5．2 实验

3．5．3 工艺参数优化

3．6 本章小结

第四章 纤维增强预浸料注塑制品性能研究

4．1 引言

4．2 实验条件

4．2．1 实验原材料

4．2．2 实验设备

4．2．3 表征方法

4．3 预浸料形式对注塑制品性能的影响

4．3．1 实验流程

4．3．2 实验结果

4．4 玻纤含量对注塑制品性能的影响

4．4．1 实验流程

4．4．2 实验结果

4．5 模拟分析

4．5．1 温度对制品内部残余纤维长度的影响

4．5．2 纤维含量对残余纤维长度的影响

4．6 本章小结

第五章 结论

5．1 全文总结

5．2 有待进一步解决的问题

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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