连续纤维增强聚丙烯预浸带设备与工艺研究
连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)因其优异的性能、低成本以及设计灵活性，在汽车轻量化设计和航空航天中具有巨大的应用潜力。熔融浸渍工艺是CFRTP预浸带制备工艺中广泛工业化的预浸渍技术。熔融浸渍模具结构和浸渍工艺参数决定了预浸带的纤维分散效果和浸渍效果，研究模具结构并结合工艺参数优化，对提高预浸渍的复合材料性能起着重要作用。 通过DesignExpert软件设计实验方案，采用实验室自制生产线制备玻纤增强聚丙烯预浸带。利用实验结果分析牵引速度、预分散辊包覆角、模具温度对CFRTP分散、浸渍效果及力学性能的影响，分析分散和浸渍效果对力学性能的影响，并优化出该模具的最佳工艺参数组合。 基于Wilson模型，结合实验建立对纤维分散展宽的预测公式，结合Wilson模型推导的纤维截面分布函数预测预浸带的纤维分散均匀度。以达西定律为基础，采用Kozeny-Carman方程描述纤维束中树脂熔体的浸渍过程。结合雷诺方程分析熔融浸渍模具内的熔体压力。结合Carreau模型对树脂熔体黏度进行表征，并结合分散模型的展宽预测方程建立浸渍过程的纤维浸渍模型。基于Weibull分布函数分析纤维在分散过程中和浸渍过程中的断裂损伤情况，并建立纤维断裂模型。并结合理论模型分析分散均匀度、浸渍程度和纤维断裂率受模具结构和工艺参数的影响程度，分析各项参数对模具结构优化过程中的影响，以简化模具结构优化过程。 采用实验室自制的两种结构的熔融浸渍模具制备了CFRTP预浸带，分析了预浸带的各项性能，并通过理论模型分析了模具结构与工艺参数之间的交互影响。结果发现两种模具结构存在各自的优缺点，取长补短对模具结构参数进行优化可以实现模具结构的优化。模具结构与部分工艺参数之间存在着一定的交互影响，为模具结构参数和工艺参数的优化提供了一定参考。 结合建立理论模型和实验所得结果，分析模具结构和工艺参数对浸渍过程的影响程度大小和交互影响。在一定范围内对模具结构参数和工艺参数进行优化设计，使浸渍过程实现较低纤维断裂率的同时获得较高的浸渍程度和分散均匀度。
CFRTP预浸带;聚丙烯;熔融浸渍;纤维分散;模具结构;工艺参数
北京化工大学
硕士
机械工程
何亚东
2021
中文
TQ325.14
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）