压力容器用聚乙烯/碳纤维复合材料界面设计及其渗漏性能分析

发布时间：2024-05-31 23:59

　　轻量化技术能够减轻结构重量、节约燃料和提高有效载荷,在工业中有着越来越广泛的应用,是当今一个十分重要的研究趋势,因此很多研究者将研究目光放在了压力容器轻量化这一课题上,尤其是研究以塑料为内衬的Ⅳ型压力容器。本课题计划研究聚乙烯内衬,这种压力容器虽然质量较轻,但是却有以下缺点:首先,聚乙烯塑料为难粘接塑料,表面呈化学惰性,与碳纤维复合材料之间的界面结合状况远不如金属与复合材料之间的结合状况,导致压力容器纤维层难以起到承力作用;其次,聚乙烯及其复合材料对气体的阻隔性相关研究较少,需要深入研究塑料内衬层能否在一定压力下对渗透气体的运动进行阻隔,并分析气体分子在材料内的运动机制。综合以上两点,本课题主要研究内容如下。首先,本文通过液相氧化法与等离子体刻蚀法对高密度聚乙烯板表面进行处理,并对改性前后的材料表面进行表征。通过扫描电子显微镜SEM观察处理前后聚乙烯的表面形貌;傅立叶红外光谱FTIR分析材料表面可能存在的官能团;接触角实验观察材料表面润湿性的改变;拉伸剪切试验测试改性前后聚乙烯与碳纤维板之间的界面剪切力。其次,通过Materials studio 2018软件模拟氦气在不同状态下聚乙烯...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 压力容器研究现状
        1.2.1 压力容器研究背景
        1.2.2 金属内衬压力容器研究进展
        1.2.3 聚合物内衬压力容器研究进展
    1.3 聚乙烯表面处理研究
        1.3.1 化学氧化处理法
        1.3.2 等离子体处理法
        1.3.3 辐射接枝处理法
        1.3.4 电晕处理法
        1.3.5 其他处理方法
    1.4 氦检漏仪工作原理
    1.5 气体分子在聚合物内运动的分子模拟过程
        1.5.1 气体分子在聚合物中扩散的分子模拟研究进展
        1.5.2 蒙特卡洛及其基本原理
        1.5.3 分子动力学及其基本原理
        1.5.4 分子模拟结果分析方法
    1.6 课题的研究意义及主要内容
        1.6.1 研究意义
        1.6.2 研究内容
第2章 实验材料和实验方法
    2.1 实验材料与实验设备
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 实验设备
    2.2 实验过程及表征方法
        2.2.1 实验过程
        2.2.2 表征测试方法
第3章 聚乙烯表面改性
    3.1 引言
    3.2 聚乙烯/碳纤维复合材料界面表征
        3.2.1 界面剪切测试试样的制备
        3.2.2 界面剪切测试
    3.3 改性聚乙烯表面性能表征
        3.3.1 微观结构表征
        3.3.2 聚乙烯表面接触角测试
        3.3.3 傅立叶红外光谱表征
    3.4 本章小结
第4章 氦气分子在聚乙烯中渗透行为的分子模拟
    4.1 引言
    4.2 模拟部分
        4.2.1 建立分子结构模型
        4.2.2 体系模型的构建及优化
        4.2.3 蒙特卡洛法计算溶解度系数
        4.2.4 体系内自由体积的计算
        4.2.5 扩散系数的计算
        4.2.6 渗透系数的计算
    4.3 模拟结果与讨论
        4.3.1 填料对气体渗透系数的影响
        4.3.2 压力对气体渗透系数的影响
    4.4 本章小结
第5章 氦检漏装置设计与氦检漏实验
    5.1 引言
    5.2 氦检漏装置设计
    5.3 氦检漏实验
        5.3.1 测试原理
        5.3.2 测试操作步骤
        5.3.3 计算过程
        5.3.4 实验结果
        5.3.5 渗透系数模拟值与实验值的对比
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3985267