多尺度联合仿真在复合材料注塑成型中的应用

纤维增强材料的微观取向及分布结果是影响复合材料注塑制品宏观力学性能的关键因素。然而,结合复合材料注塑制品结构性能的传统模拟分析结果,由于没有分析由注射成型加工所引起的纤维微观取向及分布结果,其分析结果难以为产品结构优化和性能评价提供准确指导。以玻纤增强复合材料注塑成型汽车电子油门踏板为研究对象,采用基于模流分析软件Moldflow、复合材料建模平台Digimat以及结构分析软件Abaqus的多尺度联合仿真技术进行结构性能分析。结果表明,微观层面的纤维取向与分布对制品的宏观性能具有显著影响,在中间肋板与踏板连杆杆体的交汇处增加过渡圆角,能够有效地改善纤维的取向与分布,从而减少应力集中现象。     

短纤维在氯丁橡胶中的应用

研究了短纤维种类、用量及长度对短纤维/氯丁橡胶复合材料的纤维取向、纤维分散、力学性能、耐热性能以及溶胀性能的影响。结果表明,复合材料呈现明显的各向异性;3mm短纤维/氯丁橡胶(CR)复合材料的纤维取向度、拉伸强度、撕裂强度和耐溶胀性能均优于1mm复合材料,短纤维分散性对复合材料耐热性的影响较小。     

碳纤维复合材料的注塑成型数学模拟研究

采用Moldflow软件对碳纤维复合材料的注塑成型过程进行模拟,并结合Folgar-tucker模型对脱模后的注塑成型碳纤维复合材料的残余应力、温度、弹性模量、泊松比和热膨胀系数等进行模拟。结果表明,纤维不同位置的取向张量不同,浇口位置和纤维末端的取向程度低于中间部分;无论浇口位置如何改变,纤维取向都会与熔体流动方向趋于相同;皮层的取向张量不会因为浇口位置改变而发生明显变化;碳纤维复合材料的边部区域的残余应力和温度与芯部不同;弹性模量E1和弹性模量G12分布与碳纤维取向呈正相关性;碳纤维取向程度对泊松比和热膨胀系数的影响较小,碳纤维复合材料各区域的泊松比和热膨胀系数分布相对均匀。     

层叠单元流道对纤维取向作用的数值模拟

基于广义非牛顿流体本构方程,建立了纤维增强聚合物三维层叠单元流道注塑成型充填阶段数学模型,采用Moldex3D对短纤维增强复合材料在层叠单元流道中的注塑流动过程进行模拟,研究了层叠单元流道对纤维流动取向的影响。结果表明:入口处的纤维从开放领域进入较窄领域,取向呈随机分布状态;进入流道后,表层纤维取向度迅速提高;在接近流道出口处,纤维取向度降低,在出口截面的两侧和中间部分均出现了随机取向纤维。     

注塑工艺参数对长玻纤增强PA66复合材料力学性能的影响

研究了注塑工艺参数对长玻纤增强PA66(LGF-PA66)复合材料力学性能和玻纤残余长度的影响。运用非连续纤维增强复合材料的拉伸强度和冲击强度模型来解释实验结果,并建立了工艺参数与LGF-PA66力学性能的关系曲线。结果表明:注塑工艺参数决定了玻纤的残余长度和取向,进而影响了LGF-PA66复合材料的力学性能。     

三维取向短纤维增强复合材料弹性模量的计算

基于单取向纤维增强复合材料的力学性能计算模型,借助于纤维取向分布函数及坐标转换,建立了三维取向短纤维增强复合材料弹性模量的数值计算模型。按该模型对短纤维增强树脂基复合材料的弹性模量进行计算,将其结果与同类材料的实验结果比较验证。结果表明,该模型的预测具有较好的准确性。     

用开夫勒短纤维补强橡胶母炼胶

开夫勒短纤维是为弹性体补强领域设计的一种新型工程材料。除了弹性体本身所具有的优异的耐热和机械性能外,开夫勒短纤维具有的高表面积、与母炼胶良好的附着及纤维良好的长度分布,因而它能赋予弹性体绝佳的补强效应。 用开夫勒短纤维补强的橡胶胶料具有高的定伸强度、耐磨性能和高的抗撕裂和抗刺穿性能。在较高的温度下,通过提高胶料的拉伸强度,开夫勒短纤维可进一步提高上述各项性能。与传统的短纤维补强体系(如尼龙、聚酯、纤维素)相比较,则用开夫勒短纤维补强的胶料具有改进的加工性能,耐磨耗性能和滞后性能。纤维的分散度,均匀性和纤维的取向是获得这些性能的关键因素,但是通过使用杜邦公司的专利产品开夫勒M/B,可使纤维的分散度,均匀性和纤维的取向在开夫勒产品中达到最佳化。     

注射成型中的纤维取向

阐述了短纤维增强复合材料在注射成犁中纤维的取向问题。并用MOLDFLOW软件对具体注塑制品的纤维取向进行了模拟．对影响纤维取向的主要工艺参数(速度、压力、温度)进行了必要的分析。     

聚丙烯/聚四氟乙烯纤维复合材料力学性能及发泡行为研究

将聚四氟乙烯纤维和相容剂加入聚丙烯中,在二次开模条件下注塑成型制备出聚丙烯/聚四氟乙烯纤维微发泡复合材料,研究了聚四氟乙烯纤维用量对复合材料力学性能、耐热性及发泡行为的影响。结果表明:当聚四氟乙烯纤维用量为2%时,复合材料的拉伸强度提高了13%,弯曲模量提高了16%;聚丙烯微发泡复合材料具有完美的泡孔结构,其泡孔平均直径为71μm,泡孔密度为1.26×10~6个/cm~3。     

日本研发纤维增强复合材料新技术

伴随着材料开发、成型技术的发展及成型制品高性能化的需求，使得纤维增强复合材料的种类、成型方法等有了质的飞跃，日本大理塑研相继研发出的技术有：1）短纤维增强复合材料。其纤维取向性小、成型收缩均衡，得到的纤维增强复合材料不会产生翘曲、塌陷，尺寸精度高;2）为了提高纤维增强复合材料注塑制品的表面光泽，防止增强纤维暴露于制品表面，提高制品的附加值，     

短纤维增强熔体三维充模模拟及制品性能预测

基于气-液-固三相模型,给出了适用于三维流场的纤维质心虚拟速度、纤维平动与取向、动量交换源项的求解公式,建立了描述短纤维增强聚合物熔体充模过程的三维模型。采用同位网格有限体积法和Level Set界面追踪技术,实现了充模过程的三维动态模拟。并且,根据模拟计算出的平均取向角,提出了三维取向短纤维增强复合材料力学性能参数计算的一种简化模型。数值结果表明:三维模拟技术可有效反映注塑成型充模的流动过程和喷泉效应;纤维取向分析可量化显示纤维在型腔中的表层-芯层结构取向;弹性模量计算结果与实验结果吻合较好。     

短切碳纤维增强塑料纤维分布的精细化表征

碳纤维增强塑料是近几年新兴的优质轻质材料,具有较好的力学性能,被广泛应用于汽车、电子等行业中。短切碳纤维增强塑料通常采用注塑成型工艺,其性能与纤维分布有着密切的关系。为了加深对短切碳纤维增强注塑件内部纤维分布规律的了解,开展SEM和X射线断层扫描试验,结合图像处理技术得到纤维拔出孔直径、流动平面纤维投影长度以及纤维取向分布规律,并与Moldex模拟结果对比,进一步验证纤维取向分布的规律。结果表明:碳纤维增强塑料成型后纤维拔出孔直径的分布受纤维含量的影响不大;纤维取向整体朝向为流动方向,沿流动方向的取向概率随平面到芯层距离的减小先增大后下降;碳纤维增强塑料注塑成型时,沿流动方向取向比例较高的区域均为位于皮层和芯层的中间区域。     

芳纶短纤维增强天然橡胶复合材料性能研究

分析芳纶短纤维添加量对天然橡胶/纤维复合材料的性能影响。结果表明,在相同混炼工艺条件下,随着芳纶短纤维添加量的增多,橡胶/纤维复合材料的性能先提高再下降;添加2份芳纶短纤维时,其力学性能最好,磨耗性能也达到最佳;添加芳纶短纤维会降低胶料的导热性;添加芳纶短纤维提高了使用橡胶/纤维复合材料胎面的抗湿滑性能和滚动阻力。     

注射成型纤维取向模拟及实验验证

通过实验分析了短纤维增强复合材料注射成型标准试样中的纤维取向分布,并与Moldflow模拟结果进行了对比.结果表明,注塑试样标定段具有分层取向结构,表层沿流动方向取向强烈,过渡层取向程度下降,但仍为平面取向,芯层则表现为三维取向分布.Moldflow模拟结果与实验结果对比表明,模拟结果高估了芯层的取向程度.     

高强玻璃纤维直径及其分布对纤维力学性能的影响

分析了高强(HS2)玻璃纤维原丝和无捻粗纱的直径分布,评价纤维直径均值与分布参数等对HS2玻璃纤维力学性能影响.研究表明:直径在11?m以上时,纤维束及浸胶纱拉伸强度随直径增大而降低.单纤维直径为11～13?m的复合材料单向板拉伸强度受直径影响不大,剪切强度随直径增大而降低.宽分布高离散(Cv)直径分布形态对纤维力学性...     

PP与LDPE共混微孔发泡木塑复合材料的研究

采用注塑成型的工艺制备了稻壳/PP/LDPE微孔发泡复合材料。考察了不同比例PP/LDPE对复合材料密度、力学性能、微观结构及结晶形态的影响,结果表明:LDPE的加入,改善了复合材料的发泡性能。当PP/LDPE为70:30时,复合材料的密度最小,为0.899g/cm3;冲击强度最高,为6.408kJ/m2;泡孔分布均匀且孔径较小。     

单向碳/碳复合材料高温拉伸行为失效机理研究

碳/碳复合材料是一种耐高温、耐摩擦的新型复合材料。为了研究碳/碳复合材料在高温环境拉伸载荷作用下的损伤和失效机理,针对有、无抗氧化涂层(以下简称"涂层")[0]_(16)单向板碳/碳复合材料,开展了700℃下轴向拉伸测试,并对相应试验件的断口进行了SEM显微观测分析。拉伸试验结果表明:有涂层单向碳/碳复合材料在700℃下的应力-应变曲线呈线性,相比于室温,700℃下有涂层单向碳/碳复合材料的拉伸强度和弹性模量均得到了强化;无涂层单向碳/碳复合材料在700℃下的应力-应变曲线呈高度非线性,相应的力学性能下降明显。显微观测结果表明:试验700℃下有涂层单向碳/碳复合材料纤维束损伤形式为纤维束内纤维拉伸破坏、基体开裂和纤维拔出破坏;无涂层单向碳/碳复合材料纤维束断口变细且呈散状分布。     

取向长剑麻纤维增强聚乳酸层压复合材料力学性能的研究

通过溶液浸渍法制备剑麻纤维预浸渍料,然后通过热压成型的方法制备了纤维含量(质量分数)分别为10%、20%、30%和40%的取向长剑麻纤维增强聚乳酸层压复合材料,同时制备了随机取向的短剑麻纤维增强聚乳酸复合材料。研究了不同的纤维含量对取向长剑麻纤维增强聚乳酸层压复合材料力学性能的影响。结果表明,当纤维含量为40%时,复合材料的力学性能最好。其拉伸强度、弯曲强度以及冲击强度比纯聚乳酸分别提高了1.90、1.29以及15.69倍,比短纤维剑麻纤维增强聚乳酸分别提高了4.47、2.27以及10.73倍,达到了164.76、202.88 MPa以及36.72 k J/m~2。     

分布板开孔率对气固流化床流动特性的影响

在内径0.14 m,高1.6 m的气固流化床中,以空气和流化催化裂化颗粒为气相和固相,采用PV-6A型光纤测速仪和U形管压差计分别测定三种不同开孔率分布板时的颗粒浓度分布和分布板压降,同时应用流体力学软件Fluent 6.2分别对三种不同开孔率分布板压降,径向固含率分布进行了模拟计算,模拟结果与实验值吻合较好.研究结果显示,分布板压降随开孔率的增大而减小,分布板开孔率大于0.86%后对压降影响较小;径向固含率波动随开孔率的增大而增大,开孔率0.46%的分布板径向固含率分布曲线波动最小,气固分布最均匀.     

聚丙烯/滑石粉微发泡材料力学性能及发泡行为的研究

采用注塑成型的方法,在二次开模条件下制备微发泡聚丙烯/滑石粉材料,并研究了滑石粉的质量分数对复合材料力学性能和发泡行为的影响。结果表明:少量滑石粉的加入,泡孔的平均直径减小,泡孔更均匀细密,发泡材料的力学性能降低最小,其中比弯曲强度几乎不变。