连续碳纤维气流展纱流场仿真及装置研究
连续碳纤维增强热塑性树脂预浸渍片材凭借其优异性能被广泛应用于国防军工、航天航空、汽车轻量化等前沿领域，特别是超薄预浸渍片材。为了保证制品的性能，使树脂充分浸渍，减小预浸渍片材厚度，提高纤维含量，需要在浸渍前将碳纤维展宽展薄，扩大纤维单丝之间的空隙。当前国内的主流展纱技术是机械展纱，该方法对纤维磨损较大，展纱效果不理想。本课题采用气流展纱为主、机械辊展纱为辅的展纱方式制备连续碳纤维薄层。在对连续纤维气流展纱机理研究的基础上设计出一套完整的气流展纱装置，结合仿真软件对展纱装置内部气流流场进行模拟分析，优化气流展纱的结构参数，并进行设备结构参数、工艺参数的实验研究。 主要研究工作如下: 1、根据运动学理论，通过受力分析建立了纤维丝束的展开模型，结合展纱过程中相关参数对丝束分散效果的影响公式，并分析气流速度、纤维进给速度、丝束张力对纤维展纱效果的影响，为展纱装置的设计提供理论依据。 2、在理论研究的基础上，设计开发了以气流展纱为主、机械辊展纱为辅的整套展纱装置，该装置包括:放卷、预张紧、预热、展纱、进给、收卷等模块。 3、利用ANSYS软件中的FLUENT模块进行展纱装置内部的压力场和速度场进行了模拟仿真，分析流场变化对纤维展开宽度、均匀性的影响，并考查了展纱装置的结构参数对展纱装置内部流场的影响规律，在此基础上优化了侧板倾斜角度、进气口宽度等展纱装置结构参数。 4、对气流展纱过程中工艺参数对展纱效果的影响进行实验研究，重点研究了气流速度，纤维进给速度，丝束张力等因素对展纱宽度的影响，结果表明，当气流速度为12m/s、纤维进给速度为2m/s，纤维张力为10g、机械辊摆动频率为280r/min时，展纱效果最优，单束12K的碳纤维展开平均宽度为26mm，厚度达0.02mm，平均均匀度为87％，满足超薄预浸渍片材对碳纤维展开效果的要求。
热塑性树脂;预浸渍片材;连续碳纤维;气流展纱;流场分析;装置设计
北京化工大学
硕士
机械工程
贾明印;范海斌
2021
中文
TQ325;TQ320.6
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）