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连续玻纤增强聚丙烯预浸带材制备及性能研究

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摘要

符号说明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 连续纤维增强热塑性复合材料制备技术

1.2.1 连续纤维增强热塑性预浸料加工方法

1.2.2 连续纤维增强热塑性复合材料成型技术

1.3 连续纤维增强热塑性复合材料熔融浸渍机理研究进展

1.4 连续纤维增强热塑性复合材料降黏浸渍研究进展

1.5 纤维增强热塑性复合材料力学性能研究进展

1.6 本文研究内容及意义

1.6.1 研究内容

1.6.2 研究目的及意义

第二章 连续玻纤增强聚丙烯预浸带熔融浸渍模型建立及验证

2.1 引言

2.2 熔融浸渍理论模型推导

2.2.1 浸渍过程分析

2.2.2 模型变量表达式

2.2.3 浸渍模型推导

2.3 理论浸渍程度表征

2.4 浸渍理论模型实验验证

2.4.1 实验材料及设备

2.4.2 实验浸渍程度表征

2.4.3 实验方案

2.4.4 树脂黏度特性参数

2.4.5 浸渍模型验证

2.5 基于不同本构方程的浸渍模型对浸渍程度的预测

2.5.1 牛顿黏度特性浸渍模型及流变参数

2.5.2 幂律黏度特性浸渍模型及流变参数

2.5.3 基于不同本构方程的浸渍模型对浸渍程度的预测比较

2.6 本章小结

第三章 熔融浸渍模型分析及参数优化

3.1 引言

3.2 结构参数对预浸带浸渍程度的影响

3.2.1 浸渍辊数目对浸渍程度的影响

3.2.2 浸渍辊半径对浸渍程度的影响

3.2.3 浸渍辊间距对浸渍程度的影响

3.3 工艺参数对预浸带浸渍程度的影响

3.3.1 张力对浸渍程度的影响

3.3.2 牵引速度对浸渍程度的影响

3.3.3 温度对浸渍程度的影响

3.4 浸渍模型参数优化分析

3.4.1 浸渍模型模拟实验设计

3.4.2 浸渍模型拟合分析

3.4.3 结构及工艺参数优化

3.5 本章小结

第四章 共混降黏对熔融浸渍过程的影响

4.1 引言

4.2 实验方案及条件

4.2.1 实验方案

4.2.2 实验原料及设备

4.3 实验表征

4.3.1 浸渍程度

4.3.2 纤维断裂率

4.3.3 力学性能

4.4 结果与讨论

4.4.1 基体配方流变测试

4.4.2 预浸带加工性能

4.4.3 层合板力学性能

4.5 本章小结

第五章 玻纤增强聚丙烯复合材料拉伸性能

5.1 引言

5.2 实验方案及条件

5.2.1 实验方案

5.2.2 实验原料及设备

5.3 测试及表征

5.4 长玻纤增强聚丙烯复合材料拉伸性能结果与讨论

5.4.1 纤维残留长度与纤维含量的关系

5.4.2 长玻纤增强聚丙烯复合材料模量与材料参数的关系

5.4.3 长玻纤增强聚丙烯复合材料拉伸强度与材料参数的关系

5.5 连续玻纤增强聚丙烯复合材料拉伸性能结果与讨论

5.5.1 连续玻纤增强聚丙烯复合材料模量与材料参数的关系

5.5.2 连续玻纤增强聚丙烯复合材料拉伸强度与材料参数的关系

5.6 玻纤增强聚丙烯复合材料拉伸性能对比

5.7 本章小结

第六章 结论

6.1 全文总结

6.2 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

作者和导师简介

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摘要

连续纤维增强热塑预浸带材(CFRTP)因其优异的力学性能、良好的可设计性等特点在工业领域获得广泛应用,并由次结构件向主承力部件转变。熔融浸渍工艺是目前制备CFRTP的主要方法之一,如何准确表征热塑树脂对连续纤维束的浸渍行为是评价预浸料浸渍效果及改进熔融浸渍工艺的关键。与热固树脂相比,热塑树脂的高黏度、难浸渍是限制CFRTP的加工手段和生产效率的主要因素。力学性能是决定复合材料应用的重要参量,探究复合材料力学性能与原材料体系的内在关系,将对复合材料性能预测及加工方法改进提供一定指导。本文围绕以上三点,从浸渍机理、浸渍参数分析及优化、熔融降黏浸渍、拉伸性能分析四方面进行探究。
  以达西定律为基础,重点考察了Carreau流体对玻纤束的熔融浸渍行为,建立了相应浸渍理论模型并设计实验验证了模型的准确性。分别采用牛顿、幂律、Carreau三种流体本构方程对最终浸渍模型预测结果进行比较分析。基于本文浸渍模型,分别分析了模具结构参数及工艺参数对浸渍程度的影响,并采用DOE实验设计得出各因素对浸渍程度的影响程度,优化出最佳参数组合。
  将高低黏度聚丙烯进行共混作为降黏基体配方,设计不同配比进行基体流变测试分析其降黏效果,进行熔融浸渍实验,分析CFRTP加工性能及最终复合材料力学性能,结果发现此降黏方法可在基本维持材料力学性能的基础上实现预浸料高速高浸渍水平生产,提高生产效率。
  采用实验室生产线进行实验,对比研究了长玻纤增强聚丙烯及连续玻纤增强聚丙烯复合材料模量及拉伸强度与材料参数的关系。分别选用理论模型对以上两种复材体系拉伸性能进行分析,得出了相应经验系数,为复合材料的拉伸性能预测提供一定参考。

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