制备长玻纤增强聚丙烯复合材料的熔融浸渍过程分析

以玻璃纤维/聚丙烯为研究对象,建立热塑性熔融树脂浸渍纤维的理论模型,模型表征在实验过程中不同加工工艺条件、熔体黏度以及纤维结构对树脂完全浸渍纤维束所需时间的影响,同时探讨了相关机理。树脂浸渍纤维的程度通过所制试样的层间剪切强度来表征,并通过扫描电镜对预浸带界面进行研究,结果表明：纤维束在浸渍机头中的停留时间、浸渍机头的温度、纤维束展宽以及选择不同的树脂基体,均将影响树脂与纤维两相间的界面结合,并最终影响材料的力学性能;树脂基体中添加相容剂马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）在玻璃纤维和树脂基体两相间能够起到交联作用,明显提高两相间的界面结合强度,使得复合材料的力学性能优于未添加PP-g-MAH的试样,但在基体中添加过多的PP-g-MAH,试样的力学性能则表现出下降的趋势。     

连续纤维增强聚丙烯复合材料的熔融浸渍理论模型与表征

通过分析熔融树脂对连续纤维的浸渍过程建立熔融浸渍理论模型,该模型将材料物性参数(纤维直径、纤维束展宽及厚度、树脂黏度等),设备参数(浸渍辊数、浸渍辊形状参数等)以及加工工艺参数(牵引速度、加工温度等)等结合起来,可以预测复合材料的浸渍程度及其变化趋势。对所制备复合材料的孔隙率测试以及虹吸实验表明,该理论模型能定量描述浸渍辊数、牵引速度以及加工温度等对浸渍效果的影响,而测试材料孔隙率是衡量浸渍程度的简捷易行的方法。     

玻璃纤维毡(GMT)浸渍过程中的表面张力作用

采用带有热台的显微镜研究了200℃下聚丙烯树脂熔体沿玻璃纤维(束)的流动过程。实验结果表明:高黏的聚丙烯熔体能够在表面张力的作用下沿纤维束间的微观缝隙自发地流动,并且缝隙的间距越小,树脂的流动速率就越快;树脂熔体在经过一段时间的缓慢自发流动以后会加速流动。通过测试交叉纤维间熔体的间距,间接计算了聚丙烯树脂在该状态下自发流动的临界毛细管直径和自发流动的最低压力。     

增韧剂对长纤维增强PA66复合材料性能的影响

采用熔融浸渍法制备了长玻璃纤维增强PA66复合材料，通过对树脂熔体黏度、预浸料浸渍程度和纤维断裂率、材料力学性能进行测试及扫描电子显微镜（SEM）观察，分别研究了不同含量的增韧剂乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐（POE-g-MAH）和乙烯-辛烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（POE-g-GMA）对复合材料性能的影响。实验结果表明：随着含量的提高，两种增韧剂均能够使长玻璃纤维增强PA66复合材料的冲击强度增大，树脂与纤维界面的结合程度提升，其中POE-g-GMA的增韧及界面改善效果更为明显，可有效提升复合材料的力学性能。     

注塑成型喷射现象的实验及数值研究

为探索注塑成型充填过程中触发熔体喷射现象的关键性因素,分别采用实验方法和数值模拟技术,研究了在高注射速率下熔体温度和注射速率对喷射的影响以及熔体喷射后的形态演化。通过短射实验研究了不同加工工艺条件下熔体喷射后的流动形态,发现熔体喷射后的形态演化具有较强的不稳定性,短射后制品所呈现的蛇形流形态具有较差的可重复性。采用数值模拟手段,分别再现了短射实验中具有稳定蛇形流形态和非稳定蛇形流形态的喷射演化过程,发现熔体温度越高,蛇形流的折叠次数就越多。基于熔体喷射后的形态演化特征,分析出熔体喷射后会经历柱状喷射阶段、屈曲流演化阶段、简单充填模式阶段共3个发展阶段,且熔体只要发生柱状喷射,就具有相同的流动形态。通过分析柱状喷射阶段熔体的剪切速率、黏度、速度和压力的变化情况可以发现:熔体的剪切速率非常小;在柱状喷射前期,熔体黏度比曲线呈平台状;熔体的速度保持恒定;熔体喷射不属于压力驱动流,可近似认为是牛顿流体。研究结果表明,触发喷射的关键性因素是熔体流动过程中缺乏内摩擦,使得熔体的黏性作用非常小,此时熔体流动由惯性驱动,熔体喷射为惯性驱动流。     

空气等离子体炬改性连续玻纤束的工艺研究

玻璃纤维表面光滑且呈化学惰性，聚丙烯缺少极性官能团，导致玻璃纤维与聚丙烯之间的界面润湿性能较差。为了提升玻璃纤维增强聚丙烯（GFRP）复合材料的界面结合性能，设计并搭建了空气等离子体炬处理装置，通过该装置在连续玻璃纤维束表面沉积SiO_x纳米颗粒，并测定了改性玻璃纤维的润湿性能和GFRP复合材料的界面剪切强度；采用响应曲面法（RSM）分析了喷嘴与纤维间的距离、载气流量、处理时间对玻璃纤维润湿性能的影响，并对这些工艺参数进行了优化。结果表明：当处理距离为20 mm、载气流量为1.5 L/min、处理时间为6 s时，与对照组相比，改性后的玻璃纤维与聚丙烯的接触角降低了49.8%，GFRP复合材料的界面剪切强度提高了94.7%；载气流量对玻璃纤维润湿性能的影响程度最大，处理时间次之，处理距离的影响最小。优化后的工艺参数为：喷嘴与纤维间的距离为18 mm，载气流量为1.7 L/min，处理时间为7 s。在此工艺条件下制备了空气等离子体炬改性的玻璃纤维，实测的接触角（24.6°）与预测值（25.0°）之间的偏差仅为1.6%。     

基于熔体黏度均匀性的注塑螺杆性能评价方法

通过理论推导和实验验证,开发了一种简便易行的测量注塑过程中熔体黏度均匀性的方法,即通过高速采集和分析塑化熔体流经注塑机喷嘴处的压力波动来反映塑化熔体的黏度波动。通过对4根不同结构类型及参数的注塑螺杆进行实验,分析螺杆构型对熔体黏度波动的影响,及熔体黏度均匀性与熔体温度均匀性、制品的质量重复精度及力学性能的关系,验证了该方法的可行性,最后从熔体黏度均匀性方面对实验用4根螺杆性能予以评价。     

空气等离子体炬改性连续玻纤束的工艺研究

玻璃纤维表面光滑且呈化学惰性,聚丙烯缺少极性官能团,导致玻璃纤维与聚丙烯之间的界面润湿性能较差。为了提升玻璃纤维增强聚丙烯(GFRP)复合材料的界面结合性能,设计并搭建了空气等离子体炬处理装置,通过该装置在连续玻璃纤维束表面沉积SiO_x纳米颗粒,并测定了改性玻璃纤维的润湿性能和GFRP复合材料的界面剪切强度;采用响应曲面法(RSM)分析了喷嘴与纤维间的距离、载气流量、处理时间对玻璃纤维润湿性能的影响,并对这些工艺参数进行了优化。结果表明：当处理距离为20 mm、载气流量为1.5 L/min、处理时间为6 s时,与对照组相比,改性后的玻璃纤维与聚丙烯的接触角降低了49.8%,GFRP复合材料的界面剪切强度提高了94.7%;载气流量对玻璃纤维润湿性能的影响程度最大,处理时间次之,处理距离的影响最小。优化后的工艺参数为：喷嘴与纤维间的距离为18 mm,载气流量为1.7 L/min,处理时间为7 s。在此工艺条件下制备了空气等离子体炬改性的玻璃纤维,实测的接触角(24.6°)与预测值(25.0°)之间的偏差仅为1.6%。     

模具结构对连续纤维增强热塑性复合材料性能的影响

采用自行设计的两种不同结构的熔融浸渍模具制备了连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带，测试了模具结构对预浸带的孔隙率、纤维断裂率、界面形貌、纤维分散均匀度和拉伸强度的影响，建立了纤维浸渍模型和纤维断裂模型，并通过理论模型对预浸带的孔隙率和断裂率进行理论预测。结果表明，本文建立的数学模型能够有效预测预浸带的浸渍程度和纤维断裂率，可用于浸渍模具结构的优化设计；在本文范围内，与波浪形模具相比，斜齿形模具的多楔形区结构可以有效地降低预浸带孔隙率和提升纤维分散程度；波浪形模具的流道圆角半径较大，楔形区个数较少，与斜齿形模具相比，可有效降低纤维断裂率并提升拉伸性能。     

过程参数对GMT片材熔融浸渍的影响

研究双钢带压机中试装置过程参数对PP／GMT片材熔融浸渍过程的影响，考察并分析压力、线速度、浸渍时间和温度边界条件等工艺参数对片材孔隙率和弯曲强度的影响规律，确立了适宜的工艺数值。     

连续玻纤增强聚丙烯熔融浸渍过程降黏研究

将不同配比的高黏度聚丙烯与低黏度聚丙烯共混制备高低黏度树脂混配基体,旋转流变测试结果显示低黏度聚丙烯的加入显著降低了共混体系的黏度。以高低黏度聚丙烯共混物为热塑树脂基体,采用熔融浸渍方法制备连续玻纤增强聚丙烯热塑预浸带。研究发现随着低黏度聚丙烯含量的增加,热塑树脂基体的加工性能明显提高,预浸带制品的孔隙率及纤维断裂率逐渐降低。将各组预浸带模压成型后进行力学测试,结果显示低黏度聚丙烯的加入使层压板层间剪切强度、弯曲强度、拉伸强度均出现小幅度下降,而对冲击强度基本无影响。结合加工性能及力学性能,低黏度聚丙烯质量分数10%时共混物的综合性能最佳。     

纳米SiO2修饰玻纤表面对玻纤/聚丙烯复合材料界面性能的影响

借助纳米颗粒的高比表面积特性,将纳米二氧化硅通过化学接枝方法修饰玻璃纤维表面,制备玻璃纤维/聚丙烯（PP）热塑复合材料。通过SEM表征纳米二氧化硅在玻璃纤维表面的分布形态,结果表明纳米颗粒在纤维表面分散良好;通过界面剪切强度测试（IFSS）和界面断裂韧性测试（G_ⅡC）表征复合材料界面的静态力学性能,结果显示材料的界面剪切强度与界面断裂韧性同时获得了较大的提升;动态热机械分析测试（DMA）的结果表明复合材料在动态测试下的综合界面结合性能均得到较大的提升。     

玻璃纤维丙纶混并纱纬编针织复合材料拉伸性能的研究

在手摇横机上编织了玻璃纤维丙纶平针织物和罗纹织物预制件，将预制件通过热压成型的方法制得复合材料，并且在材料试验机上测试了复合材料的拉伸性能。结果表明平针和罗纹织物复合材料的拉伸性能存在着差异，同一种复合材料在纵横向的拉伸性能也存在着不同。分析了影响拉伸强度和弹性模量的影响因素，为纬编针织物复合材料的设计和生产提供了依据。     

Design Optimization of RFI Parameters by Manufacturing T-shaped Composite Panel

The aim of this project is to develop a novel approach for optimizing design resin film infusion (RFI) processing parameters by manufacturing T-shaped composite panel. The dimensional accuracy was selected as the objective function. By investigating the rheological properties of resin film, the compaction behavior of fiber preform and characteristics of RFI process, an optimal mathematical model was established, it was found that the numerical results obtained from the RFICOMP program package have good consistency with the experimental results, and this optimization procedure can be applied to other composites manufacture processes.?AKeywords：Composites, Resin Film Infusion, Design Optimization, Accuracy.     

界面处理对聚丙烯/玻璃微珠体系流变性能的影响

研究了偶联剂(KH 550)和马来酸酐接枝聚丙烯(M PP)表面偶联反应对聚丙烯(PP)/玻璃微珠(GB)复合材料界面形态和流变性能的影响。采用ARES型旋转式流变仪和扫描电镜(SEM)对材料的熔体粘度、动态特性以及界面形态作了研究。实验结果表明:玻璃微珠对材料有增加模量和粘度的作用,并且GB含量越高材料的模量和粘度就越高。使用KH 550偶联剂处理GB后,其表面变得更为粗糙,且体系相容性未得到改善,材料的粘度与模量有所上升。在基体中加入少量能与KH 550反应的低分子量M PP,虽然体系相容性得到了改善,但是降低了粘度;然而KH 550与M PP界面反应形成的“聚合物刷”又具有增粘作用,因此体系中增粘作用和降粘作用相互竞争。实验证明降粘作用为主导作用,体系粘度下降。     

包缠结构预混料热压过程中树脂浸渍分析

建立了包缠结构顸混料热压过程中树脂的浸渍模型。结果表明,实验值和模型的预测值吻合较好,该模型可以用于包缠结构预混料热压过程中浸渍时间的预测。利用该模型对混合结构预混料的进一步研究发现,包缠结构预混料中丝束的完全浸溃时间仅略长于混合结构预混料。     

活性碳纤维静电植绒制品及其空气净化性能研究

介绍了利用静电技术将活性碳纤维短绒栽植在普通织物和聚丙烯筛网上的技术与工艺，测试了其吸附与脱附性能，结果表明活性碳纤维静电植绒制品具有优良的吸附、脱附性能，有效地解决了活性碳纤维加工性能差的问题。