PP/GMT片材骨架材料——玻纤毡

玻璃纤维毡种类及其结构对熔体浸渍、片材孔隙率、力学性能及预热膨化有着很大影响。实验研究表明,PP熔体浸渍连续针刺玻纤毡的渗透率较大,所得片材孔隙率最低,且具有均衡的力学性能。说明连续玻璃纤维原丝针刺毡的立体弹性结构有利于熔体的浸渍和气泡的排除,是较理想的GMT增强材料。     

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。     

超声外场对复合材料注射成型流动行为影响的可视化实验

利用自主研制开发的基于可视化技术的超声激励注射成型装置,对超声频率为19.5kHz时,不同超声功率、不同注射速度以及不同玻纤含量条件下,短玻纤增强聚丙烯(GF/PP)复合材料熔体前沿充填型腔的状况进行直接观测记录,并对超声外场对复合熔体充型流动行为的影响进行研究。结果表明,超声外场在一定程度上改善了10%GF/PP的熔体充型流动行为,而且最佳超声功率值随着注射速度不同而有所改变,超声外场对于20%GF/PP的熔体充型流动行为改善效果并不明显。为后续研究超声外场对复合材料注塑成型特性的影响可以提供可靠依据。     

聚丙烯共混改性及其连续玻纤毡增强复合材料的性能

研究了高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ）、三元乙丙橡胶（ＥＰＤＭ）共混改性聚丙烯（ＰＰ）的热流动性及其连续玻璃纤维毡增强改性聚丙烯复合材料在－ ２０℃、２０℃下的冲击韧性和常温拉伸及弯曲性能。结果表明,ＨＤＰＥ在一定范围内可改善ＰＰ的热流动性;ＨＤＰＥ、ＥＰＤＭ 与ＰＰ共混,可显著提高ＰＰ的冲击韧性,而拉伸及弯曲性能有所降低,但经过连续玻纤毡增强后,材料的力学性能,包括冲击韧性、拉伸及弯曲性能都得到了大幅度提高。     

玻纤增强聚丙烯多腔微注塑中纤维取向与流动偏移

采用3D模拟技术和各项异性旋转扩散-诱导应变闭合(ARD-RSC)等模型以及集成式热电偶传感器温度测量系统和可视化全息示踪技术,对多型腔微注塑成型过程中玻纤增强聚丙烯(GFRPP)熔体在流道中的纤维取向、温度和流动速度偏移现象进行模拟和分析。结果表明,低速注射时,GFRPP熔体中纤维取向明显,流道表层区域的纤维取向程度大于芯层区域的纤维取向,存在着明显的、不对称的表层-芯层-表层结构,纤维取向加剧了塑料熔体前沿温度与流动速度的向下偏移。高速注射时,纤维取向仍然存在不对称的表层-芯层-表层结构,但比低速注射时不明显得多,纤维取向对熔体前沿高温区和流动速度向下侧偏移幅度的影响也较低速注射时更大。即GFRPP熔体在不同注射速度下熔体的流动速度、流动状态、温度变化相互作用与影响,使得熔体的纤维取向,流动速度、温度分布产生偏移,导致流道系统和型腔充型不均衡。     

硬质隔热用炭纤维整体毡的制备工艺研究

以预氧化纤维网胎为原料,经过接力层叠针刺工艺制备的预氧化纤维整体毡为预制体,在不同的炭化条件下得到炭纤维整体毡,并以热固性树脂为先驱体,采用浸渍—固化—树脂炭化—石墨化的方法制备了硬质隔热用炭纤维整体毡。研究了针刺工艺、炭化温度、浸渍液浓度和固化时所加压力等因素对材料密度的影响,并借助扫描电镜观察样品的微观结构。结果表明:采用高的针刺密度和针刺深度参数,得到的预制体密度较大;炭化温度对整体毡密度的影响不大,但其含碳量随炭化温度变化明显;浸渍液浓度及预制体密度均对硬质毡的密度有一定影响;随着固化时压力的增大,样品的密度也逐渐提高。     

注塑工艺和玻纤含量对玻纤增强PP注塑制品收缩的影响

文中结合计算机辅助工程(CAE)及Taguchi实验设计(DOE)技术研究了玻纤含量和工艺参数对玻纤增强聚丙烯注塑制品各向异性收缩的影响。基于Taguchi DOE方法采用L18(36)正交矩阵进行了实验以优化制品的收缩,并研究了各个参数对制品收缩的影响程度。对于主实验中所选因素,纤维含量、熔体温度和保压压力对玻纤增强聚丙烯注塑制品各向异性收缩的影响较大。     

玻纤质量分数对短玻纤增强聚丙烯水辅助共注塑管件的影响

水辅助共注塑成型技术(Water-assisted co-injection molding,WACIM)是一种结合共注塑技术和水辅助注塑技术的新型注塑工艺。特定的工艺过程使得玻纤增强复合材料应用于WACIM工艺时具有特定的玻纤取向规律和增强特点。以纯聚丙烯(PP)为内层材料、不同质量分数的短玻纤增强聚丙烯(GF/PP)为外层材料制备系列WACIM管件,比较分析了实验条件下玻纤质量分数对管件壁厚、玻纤取向分布及拉伸强度的影响规律与机制。研究发现在玻纤质量分数不超过30wt%时,管件壁厚差异不明显,当玻纤质量增加到40wt%时,管件内外壁厚均增大;WACIM管件外层按玻纤取向的分布特点均可分为近界面层、中间层和近模壁层,玻纤沿流动方向的取向程度由内向外依次降低;管件的拉伸性能随着玻纤质量分数的增加呈先增后减的趋势,玻纤质量分数为30wt%时管件拉伸强度最好。与玻纤增强聚丙烯的水辅助注塑成型(WAIM)管件比较,发现两种工艺中玻纤质量分数对壁厚、玻纤取向分布和拉伸强度的影响有差异,影响机制有所区别。     

不同流道截面型腔的水穿透行为

纤维取向分布直接影响水辅注塑成型制品的使用性能,如冲击强度、屈服强度及拉伸强度等。多样化的流道截面型腔用于满足水辅制品在不同场合中的应用,不同的流道截面型腔势必会影响水辅制品中纤维取向分布。文中旨在研究圆形、上圆下方形及方形的截面流道型腔中短玻纤增强聚丙烯复合材料的水辅助注射成型过程。结果发现,随着熔体温度的升高、注水压力的增大及注水延迟时间的缩短,3种流道截面型腔制品的中间端处残余壁厚减薄及短玻纤沿聚合物熔体流动方向的取向度提高,且在相同加工变量下,圆形截面流道型腔制品的中间端处残余壁厚最薄及短玻纤沿聚合物熔体流动方向的取向度最高,其次是上圆下方形,最后是方形。综合制品的中间端1处及2处残余壁厚可知,聚合物熔体温度在210～230℃、注水压力7～10 MPa及注水延迟时间1～5 s时,上圆下方形截面型腔制品的中间端处残余壁厚及短玻纤沿聚合物熔体流动方向的取向度更趋近于圆形。     

SAG对长玻纤增强AS复合材料性能的影响

以苯乙烯-丙烯腈共聚物作为基体,苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯作为相容剂,热塑性弹性体聚氨酯作为增韧剂,采用熔体浸渍工艺制备了长玻纤增强苯乙烯-丙烯腈复合材料。研究了不同苯乙烯-丙烯腈接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯用量对长玻璃纤维增强苯乙烯基-丙烯腈复合材料性能的影响。结果表明,随着相容剂含量的增加,长玻璃纤维增强苯乙烯-丙烯腈复合材料的机械力学和动态力学性能呈现先增大后降低的趋势;对长玻纤增强苯乙烯-丙烯腈复合材料的形态分析得出,添加相容剂后的玻璃纤维表面包覆了一层树脂。     

纤维增强塑料注塑成型集成仿真建模

注射成型过程中的熔体流动分析、纤维断裂和纤维取向预测紧密相关, 并且具有重要的 工程应用价值, 因此对其进行集成仿真是十分有意义的。本文在分析各自特点的基础上, 提出注塑 流动、纤维断裂和纤维取向集成仿真模型, 可对充填和后充填阶段的可压缩流体的非对称流动, 以 及由于熔体流动引起的纤维断裂、三维纤维取向行为进行统一建模, 并且熔体流动和纤维取向相 互耦合。      

GMT流动成型纤维取向研究

GMT材料流动成型后玻纤在平面内发生取向，导致模压件呈各向异性，本研究从成型后制品上取样烧尽树脂，由扫描仪获取纤维数值图像，用Photoshop软件将图像反相，增强，再利用MATLAB软件确定纤维取向分布，研究表明，GMT单向流动成型时纤维沿流动方向取向，随流动距离增大，取向趋向更为明显，而均匀双向拉伸流动纤维取向程度较小，与片材相比，材料力学性能沿取向方向增大，但垂直取向方向材料性能变差。     

采用拟牛顿流体原理确定冶金熔体流动特性的方法

根据冶金熔体的物理化学性质，可以确定冶金熔体是属于性流体，利用同一牛顿流体在任何剪切速率下的粘度桢的这一特点，给出了一个用拟牛顿流体原理检验冶金熔体的流动特性的方法。钭普通固定转速高温粘度计改造为可调转速，可同熔体的流动特性，进而能确定熔体是否为牛顿流体。     

多辊轴辅助高黏树脂熔融浸渍连续纤维工艺的影响因素

针对多辊轴辅助高黏树脂熔融浸渍连续纤维的过程, 基于达西定律、 微元法及展开理论, 建立了包含各影响因素的浸渍表达式。对所建立的表达式赋予实验条件进行计算, 结果与已有实验结果吻合良好。理论分析表明: 用辊轴法对纤维束进行分散, 当多辊轴水平布置时, 对纤维展开辅助作用比较小, 应采用错位排列; 辊轴个数增加, 纤维张力增加(增加纤维断裂风险), 宜采用3~5个辊轴。     

气辅注射成型中气体穿透下的聚合物熔体壁厚的形成

针对气辅注射成型模壁表层熔体形成的复杂过程，对薄壁气辅注塑件在气体沿圆形截面气道进行气体穿透推进的充模过程进行了研究分析，通过引入合理的简化和假设，建立了描述气体穿透下模壁表层熔体厚度比β计算的数学模型和近似计算公式。在此基础上，进一步提出了三维薄壁气辅注塑件在气辅注射成型中气体穿透并推动熔体向前充模流动发展变化的熔体／气体前沿处理的程序算法，并用实例进行了数值模拟。研究结果表明，当气体前沿与熔体前沿的压力梯度之比值m在1．0—1．3范围内时，其β的计算结果为0．20—0．43，接近国外学者的实验到定值0．23—0．40，也比较符合实际的气辅注射成型工艺结果。     

超声引发马来酸酐接枝HDPE、LLDPE和EPDM研究

在超声挤出反应装置中，研究了超声引发作用下马来酸酐（MAH）与HDPE，LLDPE及EPDM的熔融接枝反应，通过化学滴定法，红外光谱法，特性粘度粘和熔体流动速率（MFR）测定法等，探讨了超声强度，体系组成及温度条件对接枝产物的性能及结构的影响，结果表明，超声振动能引起接枝产物粘均分子量明显下降和接枝率的明显上升，接枝率和熔体流动速率（MFR）取决于体系中的超声强度、MAH含量及接枝温度，通过调控可制得具有较高枝率，较好熔体流动性和凝胶含量≤0．7％的HDPE－g-MAH(接枝率≥0．6％，MFR＝0．5g/10min-2.0g/10min)LLDPE-g-MAH(接枝率≥0.45%,MFR=4g/10min-7g/10min)和EPDM-g-MAH(接枝率≥0．45％，MFR＝0．2g/10min)产物，与采用过氧类引发剂引发接枝比较，本方法具有可避免交联副反应和接枝产物性能易于控制优点。     

纳米Al2O3/玻璃纤维/聚对苯二甲酸丁二醇酯复合材料非等温结晶行为研究--(Ⅰ)结晶与熔融行为

通过熔融共混法制备了纳米A l2O3/玻璃纤维(GF)/聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)复合材料,利用差示扫描量热仪(DSC)对其非等温结晶过程、熔融行为及结晶度进行了研究。结果发现,纳米A l2O3粒子的异相成核作用有利于复合材料结晶速率的增加,使得非等温结晶温度提高,双熔融峰现象中的低温熔融峰的熔融温度也有所提高。同时,在PBT基体中,纳米A l2O3粒子在一定程度上可以改变玻璃纤维对复合材料结晶行为的影响而使结晶度发生改变。     

注射模充模流动和传热过程的理论与算法

从粘性流体力学的质量、动量和能量方程出发，针对塑料注射成型特点，基于量纲分析，建立了适合于充模分析的数学模型。控制方程的求解主要包括三个阶段：压力场、温度场和流动前沿位置的确定。数值求解采用有限元法求解压力场、有限差分法求解温度场、控制体积法确定流动前沿位置，并详细讨论了数值算例的分析结果。