长纤维增强PA66复合材料浸渍工艺及模具结构研究

摘要

长纤维增强热塑树脂基复合材料因其优异的性能已广泛应用于各行各业，如何制备高品质的复合材料预浸料以及进一步提升材料性能一直是科学家们研究的重点。近年来，熔融浸渍过程相关理论研究已有很多，包括纤维断裂、浸渍理论等，但大多基于辊系模具围绕加工工艺展开讨论，在实际应用中具有局限性，且没有准确描述浸渍模具对熔融浸渍过程的影响，而浸渍模具作为熔融浸渍工艺中的重要设备，对预浸料的品质起着决定性作用。
　　本文基于现有研究，分析纤维受力和熔体建压的根本原因，建立通用型纤维断裂模型与浸渍模型，探究纤维加工形态、纤维与模具形成结构及工艺参数对熔融浸渍过程的影响，确定影响因素与纤维断裂率和浸渍程度间的函数关系。采用Design Expert软件设计模拟和实验，探索弯曲流道浸渍模具结构参数及工艺对纤维断裂率和浸渍程度的影响规律，得到给定条件下的最优参数组合。设计计算程序以应用模型进行预浸料质量的预测及物料、模具结构、工艺的选择、设计和搭配。结果表明:适当增大纤维弯曲部分圆弧半径、减小纤维对模具总包覆角和浸渍模具内纤维总长度，有利于减小纤维受力，从而降低纤维断裂率;随纤维与模具所形成楔形区的夹角减小、数目增多，熔体建压能力增大，浸渍程度得以提升。
　　为提升长玻璃纤维增强PA66复合材料的冲击性能，选择甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯辛烯共聚物(POE-g-GMA)和马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物（POE-g-MAH）作为增韧剂进行比较研究，实验结果表明:随着含量的提高，两种增韧剂均能够使长玻璃纤维增强PA66复合材料的冲击强度增大，树脂与纤维界面的结合程度提升，其中POE-g-GMA的增韧及界面改善效果更为明显，有效提升复合材料的力学性能。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1．1 纤维增强树脂基复合材料发展

1．1．2 纤维增强热塑性树脂基复合材料发展

1．2 长纤维增强热塑性复合材料的制备成型技术

1．2．1 长纤维增强热塑性复合材料预浸料的浸渍工艺

1．2．2 熔融浸渍工艺制备预浸料的浸渍模具

1．2．3 长纤维增强热塑性复合材料的成型技术

1．3 相关理论研究进展

1．3．1 纤维断裂理论研究进展

1．3．2 熔融浸渍理论研究进展

1．4 复合材料的增韧改性研究

1．4．1 PA66的增韧改性研究

1．4．2 纤维增强PA66复合材料的增韧改性研究

1．5 本课题主要研究内容和意义

1．5．1 本课题主要研究内容

1．5．2 本课题的研究目的和意义

第二章 熔融预浸过程理论模型的建立

2．1 引言

2．2 纤维断裂模型

2．2．1 模型建立

2．2．2 模型讨论

2．3 浸渍模型

2．3．1 模型建立

2．3．2 模型讨论

2．4 本章小结

第三章 理论模型的实验验证及优化

3．1 引言

3．2 实验方法和条件

3．2．1 实验材料和设备

3．2．2 实验工艺流程

3．2．3 测试与表征

3．3 模型中相关参数的测定

3．3．1 纤维加工形态参数

3．3．2 楔形区结构参数

3．4 模型验证

3．4．1 纤维断裂模型实验验证

3．4．2 浸渍模型实验验证

3．5 模拟实验

3．5．1 针对模具结构的模拟实验设计

3．5．2 拟合模型分析

3．5．3 模具圆角半径的影响

3．5．4 接触区高度差的影响

3．5．5 模具弯曲角度的影响

3．5．6 接触区数目的影响

3．5．7 模具结构参数优化

3．6 工艺优化实验

3．6．1 针对工艺参数的实验设计

3．6．2 拟合模型分析

3．6．3 实验参数优化

3．7 本章小结

第四章 设计计算程序的开发

4．1 引言

4．2 程序建立

4．2．1 程序设计思路

4．2．2 计算方程的确定

4．2．3 输入参数的确定

4．2．4 界面设计

4．3 本章小结

第五章 PA66／GF长纤维增强材料的增韧改性研究

5．1 引言

5．2 实验方法和条件

5．2．1 实验材料和设备

5．2．2 实验工艺流程

5．2．3 测试与表征

5．3 实验结果讨论

5．3．1 增韧剂对复合材料熔融预浸过程的影响

5．3．2 增韧剂对复合材料力学性能的影响

5．3．3 增韧剂对复合材料界面形貌的影响

5．4 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

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