连续长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备及其性能研究

发布时间：2017-05-20 08:29

  本文关键词：连续长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着技术的进步以及对材料性能要求的不断提高,连续长纤维增强热塑性复合材料(LFRT)因其具有更好的增强效果逐渐替代了短纤维增强材料,对LFRT的制备及其性能进行研究,具有重要的意义。影响LFRT制品性能的关键是如何使纤维得到更好的浸润,即提高树脂基体相与纤维增强相两者间的界面结合。本文紧紧围绕这个问题开展了一系列的工作,以连续长玻纤增强聚丙烯(LFRT-PP)为研究对象,通过理论结合实验研究的方法,从理论模型、制备工艺、制品性能三个方面出发,全面分析了制备LFRT-PP过程中各因素对玻纤和聚丙烯基体两相间的界面结合性能及其对注塑制品性能的影响。 1.对热塑性树脂熔融浸渍纤维过程进行理论分析,基于Darcy定律建立了纤维束完全浸渍所需时间与工艺条件、熔体黏度以及纤维结构之间的关系。通过提高纤维束的停留时间(即浸渍时间),降低熔融树脂的黏度,增加熔体对纤维的压力,增加纤维展宽以及减少纤维束中纤维的体积含量等均能够改善浸渍纤维的效果。 2.在理论模型的指导下,全面研究了制备工艺对长玻纤增强聚丙烯预浸料性能的影响,通过测定预浸料层压板材的层间剪切强度、孔隙率及耐湿热性能,对两相间界面结合进行了表征。通过DOE方法,分析了制备工艺对材料力学性能的影响。延长停留时间,提高加工温度,选用高熔融指数聚丙烯基体,添加适当的相容剂均能够提高两相间的界面结合,注塑产品的力学性能也随之提高。 3.利用正交实验方法对LFRT-PP的注塑工艺条件进行分析,研究了粒料长度、注射机机筒温度、螺杆转速和注射压力四个因子对最终残余玻纤长度及其力学性能的影响。随着注塑粒料长度的增加,制品中残余玻纤的长度显著提高,而增加螺杆转速,粒料受到的剪切就越强,制品中残余玻纤长度则减小,并获得了最佳的注塑工艺。
【关键词】：长玻纤 聚丙烯 理论模型 浸渍 界面结合 力学性能
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ325.14;TB332
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 绪论16-32
• 1.1 课题背景概述16-21
• 1.1.1 热塑性树脂基复合材料的发展16-17
• 1.1.2 玻纤增强树脂基复合材料的发展17-20
• 1.1.3 连续纤维增强热塑性树脂基复合材料(LFRT)制备方法20-21
• 1.2 国内外相关课题的研究21-27
• 1.2.1 玻纤增强热塑性材料的性能研究21-22
• 1.2.2 制备连续长纤维增强热塑性树脂基复合材料的研究进展22-25
• 1.2.3 热塑性树脂熔融浸渍纤维的模型25-27
• 1.3 纤维增强相关理论研究27-29
• 1.3.1 纤维临界长度27
• 1.3.2 复合材料纵向拉伸强度27-28
• 1.3.3 复合材料的断裂28-29
• 1.4 本文主要研究内容29-32
• 1.4.1 本课题研究内容29
• 1.4.2 目的和意义29-32
• 第二章 长纤维增强热塑性复合材料浸渍模型分析32-44
• 2.1 引言32
• 2.2 熔融浸渍的相关理论32-33
• 2.3 浸渍理论模型的建立33-38
• 2.3.1 浸渍过程的理论基础33-34
• 2.3.2 模型的建立34-38
• 2.3.2.1 渗透率的确定34-36
• 2.3.2.2 其他参数的确定36-37
• 2.3.2.3 浸渍理论模型37-38
• 2.4 模型的计算38-42
• 2.4.1 树脂基体黏度的影响38
• 2.4.2 纤维束内纤维体积含量的影响38-39
• 2.4.3 纤维展宽的影响39-42
• 2.4.4 熔体压力的影响42
• 2.5 本章小结42-44
• 第三章 长玻纤增强聚丙烯预浸料制备工艺研究44-68
• 3.1 引言44-45
• 3.2 复合材料的界面45-47
• 3.2.1 界面作用机理45-46
• 3.2.2 界面性能的评价方法46-47
• 3.3 实验条件47-50
• 3.3.1 预浸料制备工艺47-48
• 3.3.2 原材料48
• 3.3.3 实验设备48-49
• 3.3.4 标准试样的制备49
• 3.3.5 测试与表征49-50
• 3.4 复合材料的界面结合性能分析50-60
• 3.4.1 复合材料的层间剪切强度、孔隙率及耐湿热性能50-51
• 3.4.2 实验51-60
• 3.4.2.1 停留时间51-52
• 3.4.2.2 加工温度52-54
• 3.4.2.3 纤维展宽54-57
• 3.4.2.4 树脂基体57-58
• 3.4.2.5 相容剂PP-g-MAH含量58-60
• 3.5 复合材料制备工艺参数的优化60-65
• 3.5.1 DOE方法介绍60-61
• 3.5.2 实验61-62
• 3.5.2.1 实验流程61-62
• 3.5.2.2 DOE方案确定62
• 3.5.3 工艺参数的优化62-65
• 3.5.3.1 传递函数的分析63-64
• 3.5.3.2 最优工艺条件64-65
• 3.6 本章小结65-68
• 第四章 长玻纤增强聚丙烯预浸料注塑工艺与性能研究68-78
• 4.1 引言68-69
• 4.2 实验条件69-70
• 4.2.1 原材料69
• 4.2.2 实验设备69
• 4.2.3 测试与表征69-70
• 4.3 注塑工艺参数优化研究70-75
• 4.3.1 实验设计70-71
• 4.3.2 实验分析71-75
• 4.3.2.1 残余玻纤长度71-73
• 4.3.2.2 力学性能73-75
• 4.4 本章小结75-78
• 第五章 全文总结78-80
• 5.1 结论78-79
• 5.2 有待进一步研究的问题79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-86
• 攻读学位期间发表的学术论文目录86-88
• 作者和导师简介88-89
• 附件89-90

【参考文献】

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本文编号：381123