【摘要】：連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、抗腐蝕、抗沖擊、抗熱畸變等良好的綜合性能,是當(dāng)前樹脂基復(fù)合材料的研究熱點(diǎn)。與短纖、長(zhǎng)纖增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的注塑成形相比,連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料成形過(guò)程工藝條件復(fù)雜,纖維浸漬困難,缺乏有效的理論模型與機(jī)械性能研究,嚴(yán)重影響其實(shí)際應(yīng)用。因此,本文結(jié)合理論分析與實(shí)驗(yàn)研究,以連續(xù)碳纖維增強(qiáng)聚碳酸酯復(fù)合材料(CF/PC)為研究對(duì)象,對(duì)連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸成形工藝機(jī)理及成形性能開展系統(tǒng)研究,為工藝制定奠定科學(xué)基礎(chǔ)。基于薄膜疊層熱壓成形制備連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的工藝機(jī)理,建立了描述復(fù)合材料預(yù)浸料制備過(guò)程中樹脂浸漬連續(xù)纖維的數(shù)學(xué)模型和層合板熱壓成形過(guò)程中樹脂流動(dòng)與纖維密實(shí)的數(shù)學(xué)模型并驗(yàn)證了模型的可靠性。成形溫度和保壓壓力是連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料成形的關(guān)鍵工藝參數(shù)。本文系統(tǒng)研究了成形溫度和保壓壓力對(duì)CF/PC力學(xué)性能的影響,觀察和分析了復(fù)合材料拉伸斷面微觀形貌,建立了CF/PC最佳的熱壓成形工藝條件:成形溫度為255℃,保壓壓力為1.0MPa。孔隙是連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中最常見的缺陷之一,會(huì)嚴(yán)重影響復(fù)合材料的力學(xué)性能。本文系統(tǒng)研究了保壓時(shí)間對(duì)層合板制品孔隙缺陷的體積含量、空間分布、幾何形狀和三維尺寸以及不同孔隙含量對(duì)層合板的彎曲性能和層間剪切性能的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):隨著保壓時(shí)間的增加,孔隙含量呈現(xiàn)出指數(shù)性下降的趨勢(shì),孔隙由均勻分布逐漸向中心區(qū)域集中,孔隙形狀由扁長(zhǎng)逐漸圓滑且尺寸逐漸減小。同時(shí),孔隙的形成嚴(yán)重降低了復(fù)合材料的彎曲性能和層間剪切性能:孔隙含量每提高1%,彎曲強(qiáng)度和模量分別下降約23MPa和2.17GPa;層間剪切強(qiáng)度隨著孔隙含量的升高也呈拋物線性下降。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB332
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文浸漬過(guò)程中，完成宏觀預(yù)浸所需要的時(shí)間通常微秒級(jí)以下，因此，在實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中通常忽略不計(jì)。在微觀預(yù)浸過(guò)程中，樹脂表現(xiàn)出很低的剪切速率，數(shù)量級(jí)大約保持在 11s ，在這種情況下，樹脂粘度幾乎不發(fā)生改變，因此，在預(yù)浸過(guò)程中熔融樹脂表現(xiàn)為牛頓流體特性。同時(shí)，浸漬過(guò)程中纖維束可以被看做是一種多孔介質(zhì)，達(dá)西流動(dòng)定律常常用作牛頓流體低速流過(guò)多孔介質(zhì)的數(shù)學(xué)模型，因此達(dá)西定律被廣泛運(yùn)用于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的浸漬過(guò)程。綜上所述，在預(yù)浸料制備過(guò)程中，當(dāng)溫度高于樹脂基體的熔融溫度后，樹脂基體融化為具有一定流動(dòng)性的牛頓流體，隨后迅速充填纖維束之間的孔隙，纖維束周圍完全被樹脂基體所包覆，接著，在外加壓力的作用下樹脂流體向纖維束內(nèi)滲透，纖維束內(nèi)部的空氣逐漸被樹脂流體所置換。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文漸溢出，纖維體積含量逐漸升高，最終外加載荷完全由纖維網(wǎng)絡(luò)所承載，纖維脂的結(jié)合緊密而牢固，復(fù)合材料層合板達(dá)到密實(shí)狀態(tài)。另外，在制備具有高纖量的層合板制品時(shí)需要較高的成形溫度和固化成形壓力以及較長(zhǎng)的保壓時(shí)間，達(dá)到理想的固化成形效果。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2727126