连续/长玻璃纤维增强热塑性复合材料生产工艺的研究

摘要

连续/长玻纤增强热塑性聚合物基复合材料因其高强度，高模量以及良好的尺寸稳定性，近年来得到了广泛的应用，相关生产加工技术的研究也获得了迅速发展。本文采用熔融浸渍工艺制备连续/长玻纤增强热塑性聚合物基复合材料，自主设计、制造了辊系结构和齿系结构两套熔融浸渍模具。以这两套熔融浸渍模具为基础，以聚丙烯，尼龙6为基体原料，以双螺杆挤出机为主要设备，制备了长玻纤增强聚丙烯基、尼龙6基复合材料。通过对复合材料力学性能以及断面微观形貌的分析，讨论了有机过氧化物、熔体流动速率、玻纤含量、偶联剂种类，相容剂含量、模具结构对复合材料浸渍效果和力学性能的影响。首先本文通过熔融浸渍工艺过程的研究，建立了熔融浸渍的理论模型，以此为指导，秉承优化浸渍工艺和扩大装置应用面的理念，设计并制造了两套熔融浸渍装置、连接装置和预分散装置。两套装置各不相同，利用辊系浸渍的优势和齿系浸渍的特点，将不同的模块进行了有效组合，使得模具结构简单，组合容易，方便调试，浸渍效果好，生产稳定，连续性强。通过设计的熔融浸渍装置制备出了性能优异的长玻纤增强聚丙烯基、尼龙6基复合材料，达到了设计目的。 其次，本文研究了PP-LGF复合材料力学性能的影响因素。聚合物基体熔体黏度随DCP含量的增加而减小，浸渍更为容易，但PP-LGF的力学性能出现下降。当DCP含量0.1％时，50％玻纤含量的PP-LGF拉伸强度达到151MPa，获得了不错的力学性能;随着玻纤含量的增加，PP-LGF的力学性能随之提高，但提高的幅度逐渐减小，玻纤含量50％时，所得PP-LGF复合材料力学性能较好，加工也较容易;偶联剂的加入，改善了聚合物基体与玻璃纤维的界面结合，扫描电子显微镜观察发现使用硅烷偶联剂KH550处理的PP-LGF界面结合更好;辊系结构熔融浸渍模具和齿系结构浸渍模具在制备PP-LGF复合材料时均获得了良好的制品，扫描电子显微镜观察发现两套模具取得了一样的浸渍效果。 最后，本文研究PA6-LGF复合材料力学性能的影响因素。玻纤含量增加，PA6-LGF的力学性能增加，35％-40％玻纤含量时浸渍容易，力学性能较好，拉伸强度超过190MPa;相容剂的加入，增加了聚合物和玻璃纤维的结合，随着PP-g-MAH含量的增多，PA6-LGF复合材料的拉伸强度先增加后下降，相容剂控制在2％-5％获得的PA6-LGF复合材料的拉伸性能较好;齿系结构熔融浸渍模具在制备较高粘度的PA6-LGF复合材料时体现出自身的结构优势，扫描电子显微镜观察发现相对辊系结构熔融浸渍模具而言其浸渍效果更好，为生产推广提供了参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 长玻纤增强聚合物基复合材料的发展概况

1．2．1 长玻纤增强聚合物基复合材料的基体及其发展概况

1．3 长玻纤增强热塑性聚合物基复合材料的发展历史及其种类

1．3．1 长玻纤增强热塑性聚合物基复合材料

1．3．2 长玻纤增强热塑性聚合物基复合材料的发展历史

1．3．3 长玻纤增强热塑性聚合物基复合材料的种类

1．3．4 长玻纤增强热塑性聚合物基复合材料(LFRT)的应用

1．4 长玻纤增强热塑性聚合物基复合材料(LFRT)成型工艺

1．4．1 长玻璃纤维增强热塑性聚合物基复合材料浸渍工艺

1．5 熔融浸渍工艺的浸渍过程

1．5．1 熔融浸渍工艺的影响因素

1．6 研究目标

1．7 研究内容

第二章 连续／长玻纤增强热塑性复合材料熔融浸渍装置的设计、制造和调试

2．1 熔融浸渍模具设计的理论基础

2．2 熔融浸渍模具的设计

2．2．1 熔融浸渍模具辊系结构系统的设计

2．2．2 熔融浸渍模具齿系结构系统的设计

2．3 熔融浸溃模具连接件的设计

2．4 熔融浸溃模具与连接件的连接组装

2．5 预分散装置的设计

2．6 本章小结

第三章 连续／长玻璃纤维增强聚丙烯的制备及性能研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验设备和测试仪器

3．2．3 原材料的处理

3．2．4 马来酸酐接枝聚丙烯相容剂的制备

3．2．5 连续／长玻璃纤维增强聚丙烯的制备

3．3 连续／长玻璃纤维增强聚丙烯力学性能分析

3．3．1 DCP含量对于PP-LGF性能的影响

3．3．2 玻纤含量对PP-LGF力学性能的影响

3．4 不同偶联剂对于PP-LGF材料微观形貌的影响

3．5 不同熔融浸渍模具对于PP-LGF粒料微观形貌的影响

3．6 本章小结

第四章 连续／长玻璃纤维增强PA6的制备及性能研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验设备和测试仪器

4．2．3 连续／长玻璃纤维增强PA6的制备

4．3 连续／长玻璃纤维增强PA6力学性能分析

4．3．1 玻纤含量对于PA6-LGF力学性能的影响

4．3．2 相容剂含量对PA6-LGF拉伸强度的影响

4．4 不同熔融浸渍模具对于PA6-LGF微观形貌的影响

4．5 本章小结

第五章 结论

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