连续玻璃纤维增强超高分子量聚乙烯复合材料的制备与性能研究

摘要

热塑性复合材料相对热固性复合材料具有良好的抗疲劳性，优异的减震性，独特的各向异性，方便的可设计性使得它越来越多的应用于航天航空工业、汽车制造业、军事工业等各个方面领域。基于连续纤维增强热塑性复合材料的优异性能和众多领域的应用前景，结合目前节能减排、低碳环保、以塑代钢的潮流，本论文对连续玻璃纤维增强热塑性超高分子聚乙烯复合材料的成型工艺及多种性能开展了研究。
　　本文通过运用DSC、TGA、MFR等测试手段对挤出专用料UHMWPE基体进行性能表征，基于其分析结果，确定合适的挤出温度，配合挤出机模具的设计，制得连续玻纤增强超高分子量聚乙烯制备预浸料，并结合SEM对预浸料的浸渍效果进行微观表征，之后主要考察了模压成型温度、压力、时间工艺参数对复合材料层压板力学性能的影响，并初步探讨了这些因素对材料结构与性能的影响机制，制备了连续玻璃纤维增强超高分子量聚乙烯层压板。确定了最佳的热压参数为:热压温度180℃、保温时间30min、加压方式为6～9MPa三段式加压。在最佳工艺参数下，研究了玻璃纤维含量对复合材料拉伸、冲击、层间强度等性能的影响规律，分析了复合材料拉伸断裂破坏机理、冲击断裂破坏机理。在玻璃纤维含量为50％时，拉伸和层间强度达到最大，分别为165.80MPa，层间强度达到158.41MPa。由于UHMWPE优良的耐冲击性能，从冲击的载荷-时间曲线可以明显看到经过短暂冲击后的复合材料仍然具有较高的强度。此外，对不同纤维含量下的复合材料做了DMA测试，分析不同纤维含量下复合材料板耐热性能的变化规律。
　　本论文研究的主要目的是探索连续玻璃纤维增强热塑性UHMWPE复合材料预浸料制造工艺方法的可行性，为连续纤维增强热塑性复合材料板材生产寻找塑性加工技术方法高效的生产技术。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 连续纤维增强热塑性树脂复合材料

1．2．1 热塑性树脂基复合材料

1．2．1 纤维增强热塑性树脂复合材料

1．3 连续纤维增强热塑性性复合材料的制备工艺

1．3．1 连续纤维的增强方式

1．3．2 预浸料的成型方式

1．3．3 成型工艺

1．4 连续纤维增强热塑性复合材料国内外发展及应用

1．5 课题研究的意义及主要内容

1．5．1 研究目的及意义

1．5．2 本课题研究的内容

第二章 超高分子量聚乙烯热塑性树脂的熔融特性

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要原料及设备

2．3 超高分子量聚乙烯的性能表征

2．4 UHMWPE的加工工艺

2．4．1 熔体特性

2．4．2 UHMWPE的成型工艺

2．4．3 挤出模具的设计

第三章 连续玻纤增强UHMWPE复合材料层压板的制备

3．1 主要原料及设备

3．1．1 主要原料

3．1．2 主要设备

3．2 性能测试与表征

3．2．1 拉伸性能

3．2．2 弯曲性能

3．3 复合材料的制备工艺

3．3．1 预浸料的制备步骤

3．3．3 预浸效果的判断

3．3．2 层压板的制备工艺

3．4 工艺条件对层压板的力学性能影响

3．4．1 热压温度对层压板的力学性能影响

3．4．2 成型压力对层压板的力学性能影响

3．4．3 保温时间对层压板的力学性能影响

3．5 小结

第四章 玻璃纤维含量对复合材料层压板的性能影响

4．1 主要原料及设备

4．1．1 主要原料

4．1．2 主要设备

4．2 性能测试与表征

4．2．1 纤维含量的测定

4．2．2 拉伸性能

4．2．3 层间剪切性能

4．2．4 冲击性能

4．3 结果与讨论

4．3．1 纤维含量对拉伸性能的影响

4．3．2 纤维含量对层间剪切性能的影响

4．3．3 纤维含量对冲击性能的影响

4．4 小结

第五章 连续纤维增强UHMWPE复合材料的热性能

5．1 动态热力学性能(DMA)测试及表征

5．2 结果与讨论

5．2．1 不同纤维含量下的储存模量的变化

5．2．2 不同纤维含量下的损耗模量的变化

5．2．3 不同纤维含量下损耗角的变化

5．3 小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

发表论文情况和参加科研情况说明

致谢