连续纤维增强热塑性复合材料制备及界面结合的研究

摘要

连续纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）因其优异的综合性能而被广泛应用于军用和民用的众多领域，具有广阔的发展前景。本文以连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料(C GFRPP)为研究对象，针对其从预浸渍到制品成型的工艺流程，建立熔融浸渍理论模型，全面分析熔融浸渍工艺参数和模压成型工艺参数对复合材料性能的影响，系统研究相容剂对复合体系界面性能的影响，并将理论模型与实验研究很好地结合起来。
　　基于达西定律，通过分析树脂对纤维的浸润过程，建立了熔融浸渍理论模型，将材料的物性参数、设备参数以及加工工艺参数等结合起来，可以直接预测出复合材料的浸渍程度及其变化趋势。通过理论求解得到增加浸渍辊数、降低牵引速度和树脂黏度、提高浸渍压力、减少纤维根数可以有效提高浸渍程度。
　　基于浸渍模型，在实验研究中重点考察了浸渍辊数、牵引速度、树脂黏度以及浸渍辊构型对预浸料性能的影响，验证了理论模型的准确性。实验结果表明，适当增加浸渍辊数、降低牵引速度和树脂黏度、采用凸型构造辊子能够降低材料孔隙率、提高浸渍程度、提升复合材料力学性能。通过DOE分析得到浸渍辊数对浸渍程度和拉伸强度的影响最为显著。
　　利用制备的CGFRPP预浸料研究了模压温度、模压压力、模压时间对CGFRPP复合板材成型工艺的影响。当模压温度为220℃、模压压力为5MPa、模压时间为15min时复合板材的孔隙率较低、浸渍情况良好、拉伸强度与弯曲强度较高、层间结合能力强并且材料表面质量良好。
　　利用相容剂PP-g-Mah考察了其对CGFRPP界面性能的影响。发现当添加量为10wt％时，复合材料孔隙率降低约20％，弯曲强度和层间剪切强度分别提高约30％和60％，储能模量显著升高，损耗模量明显降低，纤维与基体间的界面结合情况得到显著改善。

目录

声明

摘要

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符号说明

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 纤维增强复合材料工艺研究进展

1．2．1 纤维增强热塑性复合材料预浸渍工艺

1．2．2 纤维增强热塑性复合材料成型工艺

1．3 熔融浸渍理论模型研究进展

1．4 复合材料界面研究进展

1．4．1 复合材料界面特性

1．4．2 复合材料界面表征

1．5 本文主要研究内容

1．5．1 本课题研究内容

1．5．2 目的和意义

第二章 连续纤维增强热塑性复合材料熔融浸渍理论模型

2．1 引言

2．2 熔融浸渍理论模型的建立

2．2．1 模型基础及假设

2．2．2 模型参数确定

2．2．3 模型的建立

2．3 浸渍模型的计算

2．3．1 浸渍辊数的影响

2．3．2 牵引速度的影响

2．3．3 树脂黏度的影响

2．3．4 浸渍压力的影响

2．3．5 纤维根数的影响

2．3．6 辊子直径的影晌

2．4 本章小结

第三章 连续纤维增强聚丙烯浸渍工艺研究

3．1 引言

3．2 实验条件

3．2．1 原材料及实验设备

3．2．2 实验方法

3．2．3 测试与表征

3．3 实验分析

3．3．1 工艺参数的确定

3．3．2 浸渍辊数对浸渍的影响

3．3．3 牵引速度对浸渍的影响

3．3．4 树脂黏度对浸渍的影响

3．3．5 浸渍辊构型对浸渍的影响

3．4 浸渍工艺参数的优化

3．4．1 DOE方案确定

3．4．2 DOE分析

3．5 本章小结

第四章 连续纤维增强聚丙烯复合材料模压工艺研究

4．1 引言

4．2 实验条件

4．2．1 原材料及实验设备

4．2．2 实验方法

4．2．3 测试与表征

4．3 实验分析

4．3．1 模压温度对复合板材性能的影响

4．3．2 模压压力对复合板材性能的影响

4．3．3 模压时间对复合板材性能的影响

4．4 本章小结

第五章 连续纤维增强聚丙烯界面性能研究

5．1 引言

5．2 实验条件

5．2．1 原材料及实验设备

5．2．2 实验方法

5．2．3 测试与表征

5．3 相容剂对复合材料界面的影响

5．3．1 浸渍效果

5．3．2 力学性能

5．3．3 动态热机械性能

5．3．4 界面形貌

5．4 本章小结

第六章 全文总结

6．1 结论

6．2 有待进一步解决的问题

参考文献

致谢

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