玻纤增强HDPE气体辅助注射成型制品的形态

采用气体辅助注射成型(GAIM)和普通注射成型(CIM)制备了玻纤(GF)增强高密度聚乙烯(HDPE)复合材料。通过扫描电镜对复合材料中的玻纤取向进行了研究,发现CIM试样的玻纤仅在表层有轻微取向,而GAIM试样在整个横截面上玻纤均发生了明显的取向,且在次表层处取向强烈,排列十分规整。在此前研究工作的基础上,进一步探讨了玻纤取向结构的形成机理。     

注射成型时纤维取向的计算机模拟

基于Ｈｅｌｅ－Ｓｈｏｗ流动，采用Ｄｉｎｈ－Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ本构模型，本文研究了一种数值方法用来模拟中等浓度短纤维增强塑料在注塑成型过程中纤维的取向状态。纤维的取向状态由取向椭球的投影表示，而取向椭球由计算二阶取向张量得到。本文推导了注射成型过程中纤维取向 概率分布函数，并将模拟的结果与以前研究者所做的实验进行了比较。     

对不同组合方式玻纤增强聚丙烯复合材料力学性能的研究

初步研究了由两相材料不同组合制得的玻纤增强聚丙烯单向板复合材料的力学性能，并进一步探讨了改善非浸渍型热塑性基复合材料浸润性能从而提高其力学性能的途径。     

甘蔗渣纤维增强聚丙烯复合材料的制备和力学性能

利用注射成型制备了甘蔗渣纤维增强聚丙烯复合材料, 分析了纤维质量分数、 注射成型条件以及添加物对复合材料力学性能的影响。结果表明, 随着纤维质量分数的增加, 材料的弯曲模量呈递增趋势。由于甘蔗渣纤维热降解的发生, 材料的力学性能随筒体温度的增加呈下降趋势。在模具温度90℃、 注射间隔时间30s、 不同的筒体温度185℃和165℃的成型条件下, 材料的弯曲性能和冲击强度分别呈现最大值。添加了马来酸酐改性聚丙烯后, 材料的弯曲强度和冲击强度得到了提高。      

短纤维增强聚丙烯水辅注射成型短纤维取向的数值模拟

水辅注射成型(WAIM)不同于传统注射成型(CIM),其短纤维取向分布相对复杂。文中以中空直管为例,对溢流法WAIM短纤维取向进行3D数值模拟,并通过模拟结果与扫描电镜照片比对来验证短纤维取向预测模型的有效性。提取断面不同厚度处的取向张量值,分析了溢流法WAIM中短纤维取向机理。模拟结果表明,残余壁厚中短纤维取向分布具有明显的外层-壳层-内层结构特点,外层和壳层中短纤维以沿着熔体流动方向取向分布为主,垂直流动方向次之,厚度方向最弱,靠近水道的残余壁厚内层受到高压水柱影响短纤维趋于自由取向分布;对不同部位断面进行分析,由于存在不同应力场和速度场,短纤维在3个方向的取向张量沿轴向有一定变化,同时溢流口模具结构对其存在影响。     

短玻纤增强聚丙烯注射充模过程的数值模拟

通过对玻纤增强聚丙烯注射充模阶段纤维取向的研究,考虑流场和纤维取向的相互作用,基于连续介质力学理论,建立了耦合有纤维取向的薄壁制品注射充模阶段的双尺度模型,并使用有限元/有限差分/控制体积法对控制方程组进行了求解,预测结果与实际基本符合.     

碳纤维增强尼龙6复合材料的阴离子聚合反应注射成型工艺

以己内酰胺为原料,自制己内酰胺钠(C10)、双酰化内酰胺-1,6-己二胺(C20)分别为引发剂和活化剂,首先对适用于反应注射成型技术(RIM)的尼龙6(PA6)阴离子聚合工艺进行探究。实验结果表明,提高引发剂浓度可提升聚合反应速率,转化率受影响并不明显,但分子量有所降低;而提高活化剂浓度,会导致聚合反应不完全;随着聚合温度的升高,反应速率明显加快,同时分子量增大,结晶度呈下降趋势。最终选取1.5 mol%的C10、1 mol%的C20,浸胶温度100℃、聚合温度180℃的工艺参数,利用自行研制的反应注射设备成功制备了单向碳纤维增强尼龙6 (CF/PA6)复合材料单向板,其沿纤维方向的拉伸强度可达974.2 MPa,弯曲强度达786.9 MPa。      

短纤维增强塑料注射成型中三维纤维取向的数值预测

在建立聚合物熔体在型腔中充填流动以及短纤维取向的数学模型的基础上，对平面薄壁型腔内纤维取向的预测算法加以推广，提出适合于具有任意几何形状的三维薄壁型腔内纤维取向的数值预测技术，并且给出一个熔体充填三维薄壁壳体状型腔的算例，预测的结果与由流动引起的纤维取向定性规律相符合。     

短切碳纤维增强尼龙66复合材料注塑成型工艺模拟

采用毛细管流变仪和自制小型模具,对不同质量分数的短切碳纤维增强尼龙66(CF/PA66)复合材料颗粒进行了熔体流动性能分析和注塑成型工艺模拟,实现少量原料快速模拟CF/PA66的注塑成型工艺参数。研究表明:短切CF/PA66复合材料的熔体属于幂律流体,熔体黏度随温度、压力和CF质量分数变化显著,当温度和压力升高到临界值后熔体流变特性从假塑性区进入牛顿区;随着CF质量分数的增加,CF/PA66复合材料适宜成型温度提高。实验中PA66、CF质量分数为10wt%和20wt%的CF/PA66三种颗粒的适宜成型温度分别为278~285℃、280~287℃、290~298℃,通过对熔体进行Bagley压力校正,三种颗粒适宜成型的最小注塑压力分别为24.3MPa、29.4MPa、35.1MPa;将流变仪模拟所得参数应用于注塑成型工艺,所得样品的拉伸强度与流变仪制备的试样非常接近,进一步说明了毛细管流变仪模拟CF/PA66注塑成型过程的可行性和有效性,为其注塑成型工艺条件提供了理论依据。     

玻璃纤维增强聚丙烯复合材料制孔损伤

为抑制玻璃纤维增强聚丙烯复合材料（GF/PP）制孔损伤并提高其制孔效率,本文通过钻削实验获得多种进给速度下的GF/PP复合材料钻削轴向力和出口温度,使用高速摄影设备对刀具钻出过程进行在线观测,研究出口材料去除过程及其损伤成因,分析进给速度对GF/PP复合材料制孔损伤的影响规律。结果表明：GF/PP复合材料的钻削出口温度在低速进给时显著升高,在高速进给时基本趋于稳定;出口撕裂是重要的出口损伤形式,成因是大片毛刺受副切削刃的撞击和撕挤,进给速度过高或过低均会加剧损伤; 0°毛刺在低速进给时较严重,入口撕裂在高速进给时较严重。     

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。      

Prediction of fiber orientation structure for injection molded short fiber composites

Structure of fiber orientation in injection molded short fiber composites is predicted by the numerical analysis. To analyze the packing stage as well as the filling stage, a compressible generalized Hele-Shaw model is adopted. A numerical scheme free from coordinate transformation is developed for three-dimensional shell-like geometry. Flow-induced fiber orientation can be predicted by solving evolution equations for the orientation tensor with a suitable closure approximation. Fibers are mainly oriented toward the flow direction near the top cavity wall due to high shear rates, while they are randomly oriented near the centerline of cavity where low shear rates prevail. Thus, the molded parts show the skin-core structure of orientation. Structure of fiber orientation continues to change during the packing stage due to additional velocity gradients – which are likely to align fibers more towards the flow direction. Electronic Publication     

长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的研究

选用无碱玻璃纤维 ,采用特殊方法使长纤维与基体聚丙烯树脂有序复合 ,制备了一系列不同纤维长度、含量以及采用不同表面处理的玻纤 /PP复合材料 ,并测定了材料的力学性能 ,通过SEM观察了复合体系的界面 ,从微观上验证了材料力学性能的变化规律。实验表明 ,所采用的复合材料制备方法可使纤维的排布更加有序 ,并可改进材料的力学性能。     

玻纤增强复合材料抗爆震性能研究

采用炸药柱近似模拟平面波发生器 ,利用传感器对 3种玻纤复合材料的抗爆震性能进行了研究。试验结果表明 ,玻纤复合材料对爆炸冲击波衰减作用的大小与基体材料的阻尼特性有关。基体材料的阻尼性能越好 ,复合材料对冲击波的衰减作用也就越好。     

碱处理对竹纤维及竹纤维增强聚丙烯复合材料性能的影响

为探究竹纤维表面能对纤维与树脂的粘附功及复合材料界面的影响,采用碱处理对竹纤维进行表面改性,通过模压工艺制备了竹纤维增强聚丙烯(PP)复合材料。研究了碱处理对竹纤维性能、竹纤维与PP间的粘附功及对竹纤维/PP复合材料力学性能的影响,采用SEM研究了不同浓度碱处理后竹纤维表面形貌的变化。结果表明:随着碱浓度的增加,竹纤维断裂强度呈现一定波动,当碱浓度为1wt%时竹纤维断裂强度达到最大值;竹纤维与PP的粘附功与竹纤维极性比密切相关,竹纤维极性比越小,粘附功越大;随着碱浓度增大,竹纤维与PP间粘附功与竹纤维/PP复合材料剪切性能呈现相同的趋势,并且都在碱浓度为20wt%时达到最大值,此时竹纤维与PP的粘附功较未处理时提高了67.18%;竹纤维/PP复合材料剪切性能较未处理时提高了23.29%;复合材料弯曲强度在碱浓度为5wt%时达到最大值,相比未处理时提高了23.13%。     

Microcellular polypropylene single-polymer composites prepared by insert-microcellular injection molding

An insert-microcellular injection molding process was performed on an injection molding machine equipped with a supercritical fluid system. The prepared microcellular polypropylene (PP) single-polymer composites (SPCs) combine the advantages of SPCs with benefits of microcellular plastics, they hold the promise for further reduced weight, improved fiber-matrix interface and enhanced recyclability. In comparison with the solid PP, the weight reductions of the tensile and impact microcellular PP SPCs (MPPSPCs) could be up to 12.9% and 3.3% respectively, the tensile and impact strengths of the MPPSPCs were improved by 59% and 1799% respectively. Based on the tensile properties, the injection temperature of 220 °C and injection speed of 70 mm/s were the optimum processing for the tensile MPPSPC samples. The typical morphology structure of the MPPSPC sample includes five different layers: sandwiched fabric layer, transition layer between fabric and core, center core layer, transition layer between skin and center core, skin layer.     

玻璃纤维复合材料孔隙率对超声衰减系数及力学性能的影响

在0.1~0.6 MPa热压压力条件下, 制备了不同孔隙率含量的玻璃纤维布/618环氧树脂层压板试件。采用超声C扫描及烧蚀密度法测定了试件的超声衰减系数与平均孔隙率, 并通过金相显微分析对孔隙的分布、 形状及尺寸进行了表征。讨论了孔隙率对层压板拉伸、 弯曲和层间剪切性能及超声衰减系数的影响规律, 获得了使力学性能下降的临界孔隙率及衰减系数值。结果表明, 随着固化压力减小, 孔隙率从0.976%增加到5.268%, 抗拉强度、 弯曲强度和层间剪切强度均下降, 衰减系数由1.460 dB·mm^-1增加到2.150 dB·mm^-1, 使力学性能下降的临界衰减系数约为1.5 dB·mm^-1。