长玻纤增强聚丙烯注射发泡压缩成型的研究

摘要

纤维增强复合材料(FRT)由于其优异的性能在汽车、建筑以及航空航天领域应用越来越广泛，特别是长纤维增强热塑性复合材料(LFT)，但是FRT的力学性能和纤维的长度有直接的关系，而纤维在注塑成型过程中断裂非常严重，纤维的增强效果达不到预期的效果。
　　本课题以长玻纤增强聚丙烯(LGF/PP)为例统计了常规注塑成型和注塑发泡成型时注塑机各段纤维的长度分布，分析了纤维断裂的机理以及发泡对纤维的保护机理。根据注塑发泡时发泡对纤维有保护好作用而纤维残余长度更长但由于泡孔的削弱作用力学性能不如常规注塑成型的现象，提出了注射发泡压缩这一新型成型方法，提高了制品的力学性能。其具体研究如下:
　　(1)和常规注塑成型时各段纤维长度及分布做了对比，注塑发泡成型时螺杆头部、喷嘴以及制件中纤维长度在0-1mm的比例均有所降低，1mm以上的各区间段内纤维所占比例均有所提高。采用Moldflow软件模拟分析发泡对注塑过程纤维断裂的影响，注塑发泡后制品中纤维残余长度较常规实心注塑长，而且随着气体初始浓度的升高，制品中纤维的残余长度呈逐渐上升的趋势。
　　(2)通过控制注射工艺参数以及发泡体系来研究泡孔对注塑过程中纤维的断裂的影响，在配方体系和注射参数较为合理时发泡质量好，泡孔形态较佳，泡孔在冲模过程中很好地保护了纤维，制件中纤维残余长度较大。
　　(3)注塑压缩发泡成型既充分利用了发泡对纤维的保护作用，又避免了泡孔的削弱作用。注射发泡压缩成型较常规注塑成型纤维长度提高50.9％，拉伸强度提高20.5％，弯曲强度提高了26.9％，冲击强度提高了30.5％。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 长纤维增强热塑性塑料的制备

1．3 纤维增强热塑性塑料在汽车上的应用

1．4 FRT发泡材料的研究进展

1．4．1 FRT发泡材料的成型方法

1．4．2 FRT发泡复合材料中纤维的作用

1．4．3 发泡对FRT中纤维断裂及取向的影响

1．5 研究部分

1．5．1 论文选题的立论、目的和意义

1．5．2 本课题的创新之处

1．5．3 本课题的主要研究内容

第二章 实验原料、设备、方案及性能测试

2．1 实验原料

2．1．1 LFRT原料的选择

2．1．3 成核剂的选择

2．2 实验设备

2．2．2 模具

2．3 泡孔形态的表征

2．4 纤维长度表征

2．5 力学性能测试

2．5．1 拉伸强度测试

2．5．2 弯曲强度测试

2．5．3 冲击强度

第三章 发泡对注塑过程中纤维影响的机理

3．1 试样制备

3．1．1 试样取样位置

3．1．2 纤维长度分析试样制备

3．2 常规注塑成型各段纤维长度统计及分析

3．2．1 常规注塑成型各段纤维长度统计

3．2．2 常规注塑成型各段纤维断裂分析

3．3 发泡对注塑过程中各阶段纤维断裂影响的分析

3．3．1 注塑发泡成型各段纤维长度统计

3．3．2 塑化过程中及喷嘴处发泡对长纤维断裂影响的分析

3．3．3 充模过程中发泡对纤维断裂影响的分析

3．4 发泡对制品中纤维取向和分散影响的机理分析

3．4．1 流变特性对纤维取向和分散的影响

3．4．2 发泡过程对纤维取向的影响

3．5 本章小结

第四章 发泡对注塑LGF／PP中纤维影响的模拟分析

4．1 模型及相关说明

4．1．1 模型建立

4．1．2 数学模型及控制方程

4．1．3 材料及成型参数

4．2 模拟结果及分析

4．2．1 流动性能分析

4．2．2 发泡对注射过程纤维断裂影响的分析

4．2．3 发泡对注射过程纤维取向影响的分析

4．3 本章小结

第五章 发泡对注塑过程中纤维断裂及力学性能的影响

5．1 发泡体系对纤维断裂及力学性能的影响

5．1．1 发泡剂含量对纤维断裂及力学性能的影响

5．1．2 成核剂含量对纤维断裂及力学性能的影响

5．2 发泡体系对纤维断裂及力学性能的影响

5．2．1 注塑发泡时温度对纤维断裂及力学性能的影响

5．2．2 注塑发泡时压力对纤维断裂及力学性能的影响

5．2．3 注塑发泡时注射速率对纤维断裂及力学性能的影响

5．3 综合分析

5．4 本章小结

第六章 注射发泡压缩成型对制件力学性能的影响

6．1 制件的制备

6．2 注射压缩发泡时成型过程和纤维断裂分析

6．2．1 注射压缩发泡的基本原理

6．2．3 压缩过程分析

6．2．4 压实过程中纤维断裂的机理分析

6．2．5 压实过程中泡孔对纤维的保护机理分析

6．3 压缩参数对纤维长度及力学性能影响

6．3．1 压缩距离对纤维长度及力学性能影响

6．4．2 压缩力对纤维长度及力学性能影响

6．5 注射压缩发泡与各注塑方法对比

6．5．1 纤维长度分布及对比

6．5．2 制件微观形态对比

6．5．3 制件力学性能对比

6．6 本章小结

第七章 总结

7．1 全文总结

7．2 后续有待研究的问题

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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