PAN基碳纤维激光表面处理及其复合材料一体化成型流道模拟研究

发布时间：2021-05-20 05:39

　　碳纤维作为一种主要由碳元素组成的特种纤维,具有强度高、耐高温等特点,同时外形柔软、呈纤维状、可编织;因此常作为增强相添加到基体中构成复合材料,然而碳纤维的本体特征,使得其表面呈化学惰性,不易与基体结合;增强相与树脂之间的界面是影响复合材料性能的重要因素。本研究以PAN基碳纤维为实验对象,采用激光对其在空气中、蒸馏水中分别进行辐照处理,同时针对目前碳纤维改性工艺与复合材料成型工艺分离等缺陷,设计了四种包覆流道结构,并进行了流体模拟;具体工作如下:（1）在空气中采用半导体激光对碳纤维表面进行辐照处理,通过对碳纤维表面进行表征,了解纤维表面形貌、化学元素和本体强度的变化,最后将处理前后的碳纤维与聚丙烯（PP）树脂热压后裁剪,分析拉伸样条的力学性能,结果表明:在复合材料中碳纤维含量为2%、激光辐照功率为15w、时间为10s时效果最佳。（2）自行搭建了碳纤维在液相条件下的连续处理平台并进行试验,采用预紧环等装置解决了纤维运行不平稳等问题,在储液槽内添加不同的溶液可以实现不同条件下的表面处理,本研究液相环境采用蒸馏水进行试验,并对纤维进行表征,结果表明:在液相条件下,在较高的激光功率下,纤维依然能... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
符号说明
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 碳纤维表面结构及复合材料界面研究
        1.2.1 碳纤维表面结构
        1.2.2 复合材料界面结合理论及结合类型
    1.3 碳纤维表面氧化技术
    1.4 复合材料成型技术
        1.4.1 传统成型工艺
        1.4.2 新型成型工艺
    1.5 本课题研究目的与研究内容
        1.5.1 课题研究的目的
        1.5.2 课题研究的内容
第二章 空气条件下激光辐照碳纤维表面改性研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 主要原材料及仪器设备
        2.2.2 碳纤维表面改性方案
    2.3 碳纤维测试表征方法
        2.3.1 碳纤维表面温度测试
        2.3.2 SEM测试
        2.3.3 EDS测试
        2.3.4 AFM测试
        2.3.5 单丝拉伸测试
        2.3.6 CF/PP复合材料的制备
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 激光辐照碳纤维的表面温度
        2.4.2 激光处理对碳纤维表面形貌的影响
        2.4.3 激光处理对碳纤维表面元素的影响
        2.4.4 激光处理对碳纤维表面粗糙度的影响
        2.4.5 激光处理对碳纤维单丝拉伸强度的影响
        2.4.6 激光处理对复合材料力学性能的影响
    2.5 本章小结
第三章 液相条件下激光辐照碳纤维表面改性研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 主要原材料
        3.2.2 主要仪器设备
    3.3 试验可行性初探
    3.4 液相条件激光辐照处理实验平台的搭建
        3.4.1 零部件的结构及设计
        3.4.2 本实验工作原理
        3.4.3 实验过程中问题及解决方案
    3.5 碳纤维测试表征方法
        3.5.1 SEM测试
        3.5.2 EDS测试
        3.5.3 AFM测试
        3.5.4 单丝拉伸测试
        3.5.5 CF/PP复合材料的制备
    3.6 结果及讨论
        3.6.1 激光处理对碳纤维表面形貌的影响
        3.6.2 激光处理对碳纤维表面元素的影响
        3.6.3 激光处理对碳纤维表面粗糙度的影响
        3.6.4 激光处理对碳纤维单丝拉伸强度的影响
        3.6.5 激光处理对复合材料力学性能的影响
    3.7 本章小结
第四章 基于Polyflow包覆机头流道结构设计与流场模拟分析
    4.1 引言
    4.2 几何模型
    4.3 流体的运动学控制方程
        4.3.1 基本假设
        4.3.2 连续性方程
        4.3.3 动量方程
        4.3.4 能量方程
    4.4 包覆流道仿真模拟分析
        4.4.1 网格划分
        4.4.2 设置材料属性
        4.4.3 边界条件的设定
        4.4.4 求解及后处理
    4.5 结果与讨论
        4.5.1 速度场分布
        4.5.2 3D流线分布图
        4.5.3 剪切速率分布
        4.5.4 压力场分析
    4.6 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者及导师简介
附件



本文编号：3197194