长玻纤增强聚丙烯热塑性复合材料的制备、性能及应用

摘要

由于人类可利用能源及原材料的日益紧张，以及企业对汽车成本的控制越来越重视，使得复合材料作为车身轻量化的一个有效途径得到了越来越多的关注。长玻纤增强聚丙烯热塑性复合材料(LGF/PP)与传统的热固性树脂基复合材料相比因其成型周期短、可二次成型、易回收等优点正逐步引起不同国家及研究机构的关注。本文基于LGF/PP材料进行了深入研究，主要开展了以下工作:
　　为改进热塑性复合材料成型过程中聚丙烯树脂对玻璃纤维的浸渍效果，提升最终制品力学性能，本文结合现有纯玻璃纤维针刺毡等单一纤维成网技术，开发出一种新型玻纤增强聚丙烯热塑性复合材料制毡工艺——立体混合干法制毡工艺。该方法结合无纺机械气流成网工艺，使毡材内部纤维之间形成相互交接的立体结构，不仅能保证聚丙烯纤维与玻璃纤维混合的均匀性，而且能大幅度减少玻璃纤维的损伤、断裂现象，有效地解决了增强材料与高粘度树脂熔融流动、浸渍成型困难的技术瓶颈，显著提升了玻纤增强热塑性板材的产品质量与力学性能。
　　针对上述工艺所制LGF/PP复合材料的力学性能进行了相关分析研究。首先，基于力学拉伸实验验证了LGF/PP主要力学性能参数皆存在一定的分散性，其离散系数大小排列为:泊松比(6.11)＞失效应变(4.95)＞弹性模量(2.12)＞切变模量(1.97)。其次，针对该问题对LGF/PP基本力学参数进行了分散性分析，分析结果表明:该材料整体性能对失效应变及弹性模量具有较高的敏感度，而对泊松比及切变模量的敏感度较小，数据统计分析结果表明失效应变及弹性模量参数值服从正态分布。最后，探究了应变率对LGF/PP材料性能的影响，并依据其结果选用Cowper-Symonds材料本构模型对LGF/PP进行建模，对比仿真及实验结果，证明所采用的材料模型及参数可正确运用于LGF/PP复合材料上。
　　参照现有电池包设计要求，考虑LGF/PP材料自身成型特点，完成LGF/PP电池包结构改进设计，使其对比于传统金属电池包在集成性、电磁屏蔽、绝缘与防水性、轻量化方面具有一定优势。基于力学压缩实验，验证电池包箱体主要设计参数内外倒角半径对其强度刚度的影响。完成金属材料及LGF/PP电池包静强度分析，结果表明:相比于传统金属材料电池包，LGF/PP电池包在质量上可减重80.97％，不同工况下的最大应力可分别降低56.55％、59.13％。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 相关领域研究的国内外应用及研究现状

1．2．1 玻纤增强聚丙烯复合材料的发展现状

1．2．2 长玻纤增强聚丙烯复合材料在车身上的应用现状

1．3 玻纤增强聚丙烯复合材料的制作方法概述

1．4 本文的研究思路及内容安排

1．4．1 本文的研究思路

1．4．2 本文的内容安排

第2章 LGF／PP复合材料立体混合法制作工艺

2．1 概述

2．2 立体混合法工艺

2．2．1 立体混合法工艺研究重点

2．2．2 材料选择

2．2．3 无纺机械气流成网工艺的引用

2．2．4 制作工艺流程

2．3 立体混合法工艺分析

2．3．1 基体结构的改善

2．3．2 混合均匀性

2．3．3 减少纤维的损伤

2．3．4 针刺密度、针刺频率、针刺深度

2．3．5 材料的稳定立体结构

2．3．6 存在的工艺问题

2．3．7 应用

2．4 本章小结

第3章 LGF／PP复合材料力学性能研究

3．1 概述

3．2 LGF／PP基本力学性能实验分析

3．2．1 实验材料、设备

3．2．2 力学性能表征及测定

3．2．3 实验数据统计及讨论

3．3 LGF／PP基本力学参数分散性分析

3．3．1 灵敏度分析

3．3．2 分散性分析

3．4 LGF／PP应变率敏感特性研究及材料建模

3．4．1 准静态拉伸实验

3．4．2 动态拉伸实验

3．4．3 实验结果与分析

3．4．4 LGF／PP建模及验证

3．5 本章小结

第4章 LGF／PP电池包

4．1 概述

4．2 电池包设计要求

4．2．1 碰撞安全性能要求

4．2．2 通风与散热性能要求

4．2．3 绝缘与防水性能要求

4．2．4 其他方面要求

4．3 LGF／PP电池包改进设计

4．4 LGF／PP电池包力学性能影响因素实验研究

4．4．1 实验设计

4．4．2 实验数据处理

4．4．3 实验结果分析

4．5 LGF／PP电池包静强度分析

4．5．1 有限元模型建立

4．5．2 仿真结果分析讨论

4．6 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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