连续玻璃纤维/聚丙烯热塑性复合材料拉挤成型中的工艺参数

采用复合纱拉挤方法制备连续玻璃纤维/聚丙烯(GF/PP)热塑性复合材料,研究了复合纱拉挤成型过程中模具温度及拉挤速度对GF/PP复合材料截面中心温度的影响。以傅里叶定律为理论基础,分析了拉挤过程中模腔内的瞬态传热过程;建立了工艺参数矩阵,通过有限元数值计算,预测了不同模具温度、拉挤速度下GF/PP复合材料截面中心的温度变化,优选了工艺参数组合。通过实验制备不同温度、不同拉挤速度的GF/PP复合材料,并进行弯曲模量测试及截面形貌观察。结果表明:在GF/PP复合纱拉挤过程中,拉挤速度不宜超过350 mm/min,模具熔融区温度设定应高于180℃;GF/PP复合材料在150℃-230℃-50℃成型温度、100 mm/min拉挤速度的工艺参数设定下获得最优的制品力学性能;在设定拉挤参数时,拉挤速度相较于熔融区温度更重要。      

高压静电场对玻璃纤维增强聚丙烯复合材料预浸料浸渍和断裂的影响

采用熔融浸渍工艺生产连续纤维增强热塑性树脂基复合材料,纤维预分散至关重要。结合现有机械分散装置,根据纤维束在高压静电场受静电场力的原理,设计并引入高压静电场分丝装置,对纤维束进行二次分散。结果显示,经过高压静电场分丝,促进了纤维束分散和纤维单丝之间的均匀性,改善了连续玻璃纤维增强聚丙烯（GF/PP）复合材料预浸料纤维和聚合物表面结合,降低了纤维分丝过程中的磨损和断裂,使通过此法制得的GF/PP复合材料预浸料的力学性能得到显著提升。实验表明,当静电场上下极板之间距离为20 cm、高压静电场电压30 kV时,GF/PP复合材料预浸料力学性能最优。     

热塑性树脂连续浸渍过程的纤维断裂机制及实验

利用自行设计的浸渍模具,通过拉挤熔融浸渍工艺,定量考察了牵引速度、熔体温度和浸渍辊个数等工艺参数对连续玻璃纤维增强热塑性复合材料复合过程中纤维断裂的影响,旨在通过所建立的纤维断裂数学模型,预测预浸料生产过程中纤维断裂率并描述实验结果。结果表明:模型与实验数据吻合较好,能够为工业化生产提供指导与借鉴;纤维束在模具中拖曳而产生的黏性剪切作用是影响纤维断裂的主要因素,适当减少浸渍辊数及采用低黏度树脂能够显著降低纤维断裂,提高工艺稳定性。     

热塑性复合材料自动铺放工艺参数分析与优化

热塑性复合材料自动铺放原位成型（AFP）技术是高效低成本制造大型复合材料构件的关键,而自动铺放过程中工艺参数的选取及控制精度对成型构件的性能有较大影响,因此为保证原位成型后成型构件的性能,需分析自动铺放工艺参数对成型构件性能的影响并对其进行优化。本文基于热塑性复合材料自动铺放平台,以连续玻璃纤维增强聚丙烯（GF/PP）预浸纱为原料制备复合材料层合板,以层合板的力学性能为优化目标,根据响应曲面法原理设计试验,分析热气温度、热压辊压力及冷压辊压力各工艺参数及其耦合作用对层合板力学性能的影响,建立各工艺参数与层合板力学性能的二次多项式回归方程预测模型,通过预测值与实际值对比等检验分析,验证回归模型的有效性和可靠性,进而获得热塑性复合材料AFP最优工艺参数组合为热气温度为385℃、热压辊压力为0.3 MPa、冷压辊压力为1.1 MPa。     

用共编纱制备热塑性复合材料

介绍了一种制备增强纤维/热塑性纤维混杂纤维束的新方法——共编法,通过改变编织工艺参数、纤维丝束大小、纤维种类、编纱和轴向纱的数量等制备了一系列GF/PP共编纱。以此共编纱,成功地制备出GF/PP复合材料板材,并研究了成型压力、成型温度以及保温时间等对复合材料的预浸及板材质量的影响;同时,对增强纤维种类、丝束大小及其含量等对复合材料中空隙含量的影响也进行了研究;采用圆形模型探讨了GF/PP共编纱中树脂对玻璃纤维的预浸过程,提出了影响预浸效果的主要因素。     

大面积微结构辊对板热压印装置研发及工艺优化

目的 研发一种模块化辊筒对平板类型的微结构热压加工装置,研究不同模具结构下的辊压工艺参数对光学聚合物微结构成形的影响,研究大尺寸的PMMA样品的翘曲规律。方法 使用一种基于线接触的扫描连续辊压工艺,分别使用线槽模具、不锈钢网孔模具进行辊压实验,根据实验结果确定最佳工艺参数范围。结果 在辊筒温度为150～180℃、平板温度为25℃、辊压压力为200～500 N和辊压速度为1 mm/s的工艺条件下,甲基丙烯酸甲酯平板（PMMA）微槽阵列的线槽宽复制度最高可达90%,微圆柱结构在40 mm×40 mm PMMA衬底的覆盖率高达95%。结论 优化辊压工艺参数后,可以实现聚合物的大面积槽阵列和圆孔微透镜的稳定连续辊压成形。针对大面积光学聚合物翘曲的问题,进行了双面热辊压实验,发现二次成形后微透镜样品的最大高度偏差小于0.16 mm,翘曲现象得到了有效抑制。     

模压工艺对玻璃纤维增强聚丙烯复合材料层合板力学性能的影响

利用热模压工艺制备玻璃纤维增强聚丙烯（GF/PP）复合材料层合板,通过差示扫描量热（DSC）法试验分析,确定相变参数,运用ANSYS有限元分析,将复合材料热力学参数与温度的非线性关系定义到材料特性中,研究模压成型过程中温度场变化情况,为模压成型工艺制度的确立提供理论指导和依据。以压缩强度、层间剪切强度和冲击韧性作为力学性能评价指标,采用响应曲面法探讨和分析制备工艺对GF/PP复合材料层合板力学性能的影响,得到最优模压工艺制备参数,获得最高复合材料层合板力学性能,为GF/PP复合材料自动铺放奠定铺放工艺基础。试验结果表明:模压加热工艺参数对复合材料层合板力学性能的影响度（从大到小）依次为:热压温度、热压时间、热压压力。较优的模压加热工艺参数为:热压温度228℃、热压时间6 min、热压压力1.1 MPa,在此工艺条件下制备的GF/PP复合材料层合板,层间剪切强度为31.12 MPa,压缩强度为100.96 MPa,冲击韧性为2.27 kJ/cm2。      

经编织物法制备连续纤维增强热塑性复合材料 的微观形貌和浸润过程分析

采用经编织物等温热压法制备了连续纤维增强GF/PP热塑性复合材料。用扫描电镜对不同工艺条件下的复合材料微观形貌进行了观察,研究了工艺条件对浸润状态的影响规律,分析了纤维的浸润过程和主要缺陷的产生原因,并给出了浸润过程的初步模型。实验结果表明,这种GF/PP经编织物在一定工艺条件下热压成型,热塑性基体熔体可较好地浸润纤维,并使纤维达到较为理想的分散状态,是制备连续纤维增强热塑性复合材料一种新的途径。      

自动铺缠预浸带热压接研究

应用流体力学理论获得了热压接模型,研究续接压力、温度、时间等因素对续接性能的影响。采用玻璃纤维织物/酚醛树脂预浸带(664/B30)进行续接实验验证。结果表明:随续接压力增大、温度升高以及续接时间和长度的增加预浸带续接性能提高,符合理论分析结果。     

碳纤维/环氧树脂预浸带铺放应力场及制品微观结构的模拟与实验

碳纤维/环氧树脂预浸带复合材料在铺放成型时,由于树脂基体与碳纤维之间的热膨胀系数存在差异以及成型时热-力参数作用下由于纤维的变形而导致纤维与基体接触处产生应力集中等原因,在制品材料中会产生热残余应力。针对碳纤维/环氧树脂预浸带复合材料的实际结构特点,利用ABAQUS有限元软件建立含有界面的碳纤维/环氧树脂预浸带复合材料的细观代表性体积单元(Representative volume element, RVE)有限元模型,采用实验研究和有限元仿真分析的方法,研究在温度-压力参数作用下预浸带铺放制品残余应力的分布规律及影响机理。首先,建立预浸带铺放时的温度和压力模型,研究不同温度和压力参数条件下碳纤维/环氧树脂预浸带铺放制品残余应力的分布情况。其次,采用耦合降温法模拟碳纤维/环氧树脂预浸带残余应力随纤维体积含量、铺放压力以及铺放温度的变化规律,并采用扫描电镜对不同工艺参数条件下预浸带铺放制品的微观结构进行分析。通过对模拟结果进行分析比较得到各因素对制品残余应力的基本影响规律;最后进行不同温度和压力等铺放参数对预浸带铺放成型时残余应力影响的实验测试研究。      

Thermoplastic filament winding with online-impregnation. Part B. Experimental study of processing parameters

In part A of this paper, a novel process technology was presented which allows to combine thermoplastic filament winding with online melt impregnation of fibre bundles. In this part, a comprehensive study of process parameters was conducted. Circular glass fibre (GF) reinforced polypropylene (PP) or polyamide 12 (PA12) tubes were produced as sample component. Processing speeds of up to 15 m/min could be achieved in case of GF/PP before a drop in quality of the parts had to be accepted. The present limitation in winding speed is not attributed to impregnation problems but to an excessive rise in force required to pull the fibre tow off the impregnation device. Measures for process improvement and increase in productivity were proposed.     

Stress‐life prediction of 25°C polypropylene materials based on calibration of Zhurkov fatigue life model

In this study, to evaluate the chemical and mechanical properties of polypropylene (PP), activation‐energy and tensile tests were performed at room temperature (25°C) on pure PP and PP reinforced with glass fibre (GF). To improve the prediction accuracy of the fatigue life, three models based on the calibration of the Zhurkov model were proposed: a regression model, modified strain‐rate model and lethargy coefficient‐based model. Based on the experimental data analysis and statistical assessment results, we proposed a modified strain‐rate model that satisfies the dependency of the physical parameters and is congruent with the predicted fatigue life data. The experimental data and modified strain‐rate model were compared with the direct cyclic analysis results. The tendency of the frequency factor as a correction parameter in the modified strain‐rate model corresponded to the experimental activation energy and the increasing GF content.     

短玻纤增强聚丙烯注射压力对微观结构和力学性能影响

报道了短玻纤增强聚丙烯复合材料中玻纤及注射压力对材料微观结构和力学性能的影响规律。实验结果表明: 随着玻纤含量提高, 复合材料的拉伸强度提高, 而断裂伸长率、冲击强度和熔体流动速率则下降。注射压力提高, 拉伸试样芯层中玻纤的平均取向角下降, 取向度提高, 因而拉伸强度增大, 冲击强度下降。皮层结构中玻纤沿熔体流动方向高度取向。聚丙烯球晶尺寸随玻纤含量增加而变小, 规整度也变差, 至40% 时, 聚丙烯已难以形成规整的球晶结构。     

水环境下剑麻纤维/玻璃纤维/聚丙烯复合材料的性能研究

以聚丙烯树脂(PP)为基体,剑麻纤维(SF)、玻璃纤维(GF)为增强材料。采用熔融共混、模压成型工艺制备PP/SF/GF复合材料。室温条件下,将试样在水中浸泡不同时间,分析其吸水率及性能的变化。结果表明,复合材料的吸水率均随浸泡时间的延长和SF/GF含量的增加而逐渐增加,其冲击强度和弯曲强度均随浸泡时间和SF/GF含量的增加呈下降趋势。同时,复合材料的热稳定性、PP相的结晶速率及结晶度也有所降低。     

纤维表面处理与基体改性对连续玻纤增强聚丙烯力学性能的影响

考察了连续玻纤的表面处理、基体的接枝改性及接枝单体的种类和接枝产物的加入量对连续玻纤毡增强聚丙烯(CGFRPP) 力学性能的影响, 并通过红外光谱、扫描电镜对CGFRPP 的界面化学作用及界面粘结进行了研究。结果表明, 马来酸酐接枝改性聚丙烯与未经偶联剂处理的玻纤不能形成有效的化学结合, 而与经硅烷偶联剂表面处理的玻纤可发生明显的化学作用, 形成良好粘结, 显著提高CGFRPP 的力学性能; 硅烷偶联剂的种类对以改性PP 为基体的CGFRPP 力学性能的影响不大; 马来酸酐接枝聚丙烯比丙烯酸接枝聚丙烯对CGFRPP 力学性能的改善更为有效。      

玻纤增强聚丙烯复合材料的应变率敏感特性

采用层合热压实验法将玻璃纤维基毡与聚丙烯薄膜复合制成不同玻纤含量的玻纤增强聚丙烯(GF/PP)复合板材,在不同的加载速率下进行拉伸测试,研究GF/PP复合材料的应变率敏感特性,分析Burgers模型对该材料本构关系拟合预测的可行性。结果表明:GF/PP复合材料在低应变率范围内对应变率是敏感的,随应变率的增加,其断裂应力和抗拉强度增大;随玻璃纤维含量的增加,其所对应的应变率效应反而有所下降。同时,Burgers模型能够有效地拟合预测出该材料的拉伸应力-应变曲线,与实验曲线相比,进一步验证了GF/PP复合材料的应变率敏感特性及其变化趋势。