热塑性纤维混杂纺织复合材料的研究

论文摘要

随着现代科技的发展,除了强度、刚度、耐冲击破坏等常规性能以外,对复合材料材料也提出了许多新要求,其中包括成本、可回收利用性等要求。热塑性基体具有质量轻、成本低、成型工艺简单以及可回收利于环保等优点。增强纤维通过合理混杂可以达到取长补短,匹配协调,综合性能优越的特点。因此,开展热塑性纤维混杂复合材料这方面的研究对于实现低成本复合材料和提高复合材料性能具有重要的意义。本课题首先采用PP纤维为基体纤维,GF、PET为增强纤维按照设计的混杂比例进行线性组合,制备具有混杂效应的包缠纱。然后,根据设计的组织结构在改进的普通剑杆织机上成功织造了27块纺织结构预制件。最后,采用热压成型的方式制备所需的热塑性纤维混杂纺织复合材料。并对复合材料的成型工艺、树脂浸渍增强纤维效果、以及拉伸性能进行了分析和研究。主要工作及得到的结论如下:(1)通过对树脂分布和树脂浸渍增强纤维效果的分析发现:当温度在185℃到195℃之间时,树脂的分布比较均匀,树脂浸渍增强纤维比较完全;随着保压的时间的增加,树脂分布均匀性及树脂浸渍增强纤维的效果越来越好,当超过30min后变化不再明显;随着压力的增加,树脂的分布均匀性越来越好,但树脂对增强纤维浸渍效果先增加后下降,当压力5MPa时,浸渍效果最佳。(2)采用单因素法分析工艺条件对复合材料拉伸性的影响得出:抗拉强度与加压温度呈二次方关系。增加加压时间有利于复合材料拉伸性能的提高,当超过30min后复合材料的拉伸强度变化不大。当压力为5MPa左右时,复合材料拉伸性能达到最佳。(3)以拉伸性能为指标采用正交试验的方法确定了工艺条件的主次顺序为时间→压力→温度,最佳工艺条件:时间40min,压力5MPa,温度185℃。(4)纤维体积含量主要包括树脂纤维的体积含量和增强纤维的混杂比例,本课题通过对复合材料拉伸性分析得出:当PP含量在50%到60%时,复合材料拉伸性能最佳;涤纶的体积含量与试样的拉伸强度呈二次方关系,当涤纶含量为40.1%时,抗拉强度最低。(5)本课题根据正交结构、准正交结构、角连锁结构、开放式结构这4种结构设计了3种组合式三维结构,并对制备的3D热塑性纤维混杂复合材料的拉伸性能研究得出2#、3#、1#的拉伸强度依次下降。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 热塑性纤维混杂纺织复合材料的研究进展
• 1.2.1 纤维混杂纺织复合材料的研究进展
• 1.2.2 热塑性纺织复合材料的研究进展
• 1.3 热塑性纤维混杂纺织复合材料的成型
• 1.3.1 浸渍工艺的研究进展
• 1.3.2 成型工艺研究进展
• 1.4 本课题的研究意义及内容
• 1.4.1 本课题研究的意义
• 1.4.2 本课题研究的内容
• 第二章 热塑性纤维混杂纺织复合材料的制备
• 2.1 纤维原材料的选择
• 2.1.1 增强纤维原材料选择
• 2.1.1.1 玻璃纤维
• 2.1.1.2 高强涤纶
• 2.1.2 基体纤维原材料选择
• 2.2 包缠纱的制备
• 2.2.1 包缠原理
• 2.2.2 实验原料及仪器
• 2.2.2.1 实验仪器
• 2.2.2.2 实验原料
• 2.2.3 混杂比的计算
• 2.2.4 PP 含量设计方案
• 2.2.5 增强纤维混杂比设计方案
• 2.2.6 包缠纱的结构特点
• 2.2.6.1 包缠纱纵向结构特点
• 2.2.6.2 包缠纱横截面结构特点
• 2.3 织造工艺设计
• 2.3.1 机织复合材料预制件的结构选择
• 2.3.2 织造工艺
• 2.3.3 织造工艺对纬密的影响
• 2.3.4 上机参数的选择
• 2.3.5 织造过程中的发现的问题及解决办法
• 2.4 热塑性机织复合材料的成型
• 2.4.1 成型工艺的选择
• 2.4.1.1 浸渍工艺的选择
• 2.4.1.2 成型方法的选择
• 2.4.2 复合材料的制备
• 2.4.2.1 材料准备
• 2.4.2.2 实验设备
• 2.4.2.3 制备流程
• 2.5 小结
• 第三章 工艺条件对树脂分布及浸渍效果的影响
• 3.1 浸渍成型机理
• 3.2 热压工艺条件设定
• 3.2.1 加压温度的设定
• 3.2.2 加压时间的设定
• 3.2.3 加压压力的设定
• 3.3 工艺条件对树脂分布的影响
• 3.3.1 加压温度对树脂分布的影响
• 3.3.2 加压时间对树脂分布的影响
• 3.3.3 加压压力对树脂分布的影响
• 3.4 树脂浸渍增强纤维效果分析
• 3.4.1 加压温度对树脂浸渍增强纤维效果的影响
• 3.4.2 加压时间对树脂浸渍增强纤维效果的影响
• 3.4.3 加压压力对树脂浸渍增强纤维效果的影响
• 3.5 小结
• 第四章 工艺条件对热塑性机织复合材料拉伸性能影响
• 4.1 拉伸性能的测试方法
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 实验设备
• 4.1.3 实验条件
• 4.1.4 试样的制作
• 4.1.5 实验步骤
• 4.1.6 实验结果
• 4.2 工艺条件对拉伸性能的影响
• 4.2.1 温度对拉伸性能的影响
• 4.2.2 时间对拉伸性能的影响
• 4.2.3 压力对拉伸性能的影响
• 4.3 正交试验
• 4.3.1 正交试验方法
• 4.3.2 实验方案
• 4.3.3 直观分析法
• 4.3.4 方差分析法
• 4.4 小结
• 第五章 纤维体积含量对机织复合材料拉伸性能的影响
• 5.1 PP 含量对复合材料性能的影响
• 5.1.1 PP 含量对复合材料厚度的影响
• 5.1.2 PP 含量对断裂伸长率的影响
• 5.1.3 PP 含量对拉伸强度的影响
• 5.2 增强纤维混杂比对复合材料拉伸性能的影响
• 5.2.1 混杂纤维复合材料拉伸断裂机理
• 5.2.2 涤纶含量对抗拉强度的影响
• 5.2.3 涤纶含量对断裂伸长率的影响
• 5.3 小结
• 第六章 3D 立体结构增强热塑性复合材料的拉伸性能初步研究
• 6.1 3D 机织复合材料预制件的结构设计
• 6.1.1 基本结构单元
• 6.1.2 3D 织物结构设计
• 6.1.3 3D 织物织造与复合材料的成型
• 6.2 3D 热塑性机织复合材料的拉伸断裂机理
• 6.3 3D 热塑性机织复合材料的性能研究
• 6.3.1 组织结构对复合材料拉伸性能的影响
• 6.3.2 不同3D 结构热塑性机织复合材料拉伸性能
• 6.4 小结
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表论文