论文题目: 亚麻增强树脂基复合材料的开发与研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 纺织工程
作者: 刘丽妍
导师: 黄故
关键词: 亚麻纤维,树脂,热固性复合材料,热塑性复合材料,有限元,机械性能
文献来源: 天津工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 我国亚麻资源丰富,与玻璃纤维等无机纤维相比,具有较高的比强度、比模量。同时亚麻容易种植,生长周期短,具有天然可降解性,可以作为绿色复合材料的理想增强材料。利用这一资源优势,课题选取亚麻为主要原料,进行亚麻纤维增强热固、热塑性树脂基复合材料的开发和研究,制备出性价比较高、力学性能较优的复合材料板材,为工程应用提供理论依据。 课题着重研究了亚麻纤维增强热塑性树脂基复合材料的制备以及性能测试。作为对比和参考,首先加工出针刺亚麻纤维毡作为增强体,与不饱和聚酯树脂及环氧树脂进行复合,制备出亚麻增强热固性树脂基复合材料板材,并进行性能测试和分析。 考虑热塑性树脂粘性大,成型困难以及加工成本等问题,课题利用亚麻纤维的可纺性,选取密度较小的聚丙烯作为热塑性基体,通过与亚麻纱线捻合,形成PP包覆亚麻的纱线结构,实现基体与纤维的丝束级均匀混合。 分别制备了45%、50%和60%三种纤维体积含量的包覆纱线,采用机织的方法加工出复合材料预制件,经过层合热压制得亚麻/PP复合材料。通过调节压力、温度,确定了热压工艺;在不同纤维体积含量、不同铺层数、以及不同组织的条件下,进行板材拉伸、冲击性能测试,并对测试结果进行了分析和讨论。结果表明纤维在复合材料中的状态对材料的性能起到重要作用。纬纱在板材中的伸直状态好于经纱,所以同种工艺中,纬向的拉伸性能、经向的冲击性能(纬纱为主要的承力单元)均较高;不同组织中,由于斜纹组织中纱线的伸直状态良好,所以其板材的拉伸、冲击性能均优于平纹组织。 对纤维浸渍过程、板材的固化成型过程进行模型分析及数值模拟;分析了孔隙产生的原因并计算孔隙率的具体数值;通过板材的拉伸试验,利用多项式拟合,得到板材经、纬向纤维伸直系数a_j、a_w与对应断裂伸长率的关系式,从而给出相关的强度修正公式;运用有限元分析软件ANSYS分别对亚麻增强热固性、热塑性树脂基复合材料的拉伸过程进行计算机编程,模拟拉伸破坏过程。结合亚麻增强热固性、热塑性复合材料的SEM拉伸断口破坏形貌,分析了纤维增强与板材破坏机理。
论文目录:
第一章 前言
1.1 研究背景
1.2 天然纤维复合材料的研究进展
1.2.1 天然纤维复合材料简介
1.2.2 麻纤维复合材料研究现状
1.3 课题的提出及意义
第二章 亚麻纤维特性及性能测试
2.1 亚麻纤维的特性
2.2 亚麻纤维及纱线的性能测试
2.2.1 纤维长度、细度、强度测试
2.2.2 纱线捻度、单纱强力测试
2.3 小结
第三章 亚麻增强热固性树脂概述
3.1 亚麻纤维增强体的制备
3.2 热固性树脂基体的配制及试验方案
3.3 热固性复合材料的制备
3.3.1 亚麻／不饱和聚酯树脂复合材料的制备
3.3.2 亚麻／环氧树脂复合材料的制备
3.4 热固性复合材料板材的性能测试与结果分析
3.5 小结
第四章 亚麻增强PP热塑性复合材料的制备与性能测试
4.1 纤维增强热塑性树脂方法简介
4.2 热塑性树脂PP的选择
4.3 亚麻与树脂PP的混合
4.4 不同纤维体积比亚麻／PP二维机织布的织造与性能测试
4.4.1 不同纤维体积比平纹布的织造
4.4.2 不同纤维体积比平纹布性能测试
4.5 不同纤维体积含量亚麻／PP复合材料的制备与性能测试
4.5.1 热压工艺的确定
4.5.2 不同纤维体积含量复合材料的制备与测试
4.5.3 不同层数复合材料的制备与测试
4.6 变密度、变组织亚麻／PP复合材料的制备与性能测试
4.6.1 不同密度、不同组织机织布的织造
4.6.1.1 不同纬密平纹布的织造
4.6.1.2 不同组织斜纹布的织造
4.6.2 不同密度、不同组织机织布的性能测试
4.6.2.1 平方米克重、厚度测试
4.6.2.2 拉伸性能测试与结果分析
4.6.3 不同密度、不同组织层合板的制备与性能测试
4.6.3.1 板材制备
4.6.3.2 拉伸性能测试与分析
4.7 不同工艺板材冲击性能测试与结果分析
4.7.1 冲击性能测试
4.7.2 冲击性能测试结果与分析
4.7.3 板材抗冲击性能的影响因素
4.7.4 冲击损伤形貌
4.7.5 板材冲击剩余强度理论
4.8 小结
第五章 热压过程模型分析以及孔隙率数值计算
5.1 热压过程理论分析
5.2 热压过程数值模拟
5.3 包覆纱浸渍分析
5.4 热压过程孔隙的形成
5.5 孔隙率的计算
5.6 小结
第六章 热塑性板材拉伸强度分析与计算
6.1 板材强度界限分析
6.1.1 强度上、下限的概念
6.1.2 强度上、下限的计算
6.1.2.1 单向应力作用下的强度
6.1.2.2 平面应力状态下的强度
6.2 拉伸强度的近似计算
6.2.1 理想条件下的强度近似计算
6.2.2 试验条件下的强度近似计算
6.3 小结
第七章 板材拉伸过程有限元模拟
7.1 有限元法简介
7.2 平面应力有限元解析
7.2.1 平面应力单元分析
7.2.2 组集和整体分析
7.3 拉伸过程的计算机模拟
7.3.1 ANSYS有限元分析流程
7.3.2 热固性板材试样计算机模拟
7.3.3 热塑性板材试样计算机模拟
7.4 小结
第八章 亚麻增强复合材料拉伸断口SEM破坏机理分析
8.1 复合材料破坏机理
8.2 复合材料强度的影响因素
8.3 小结
第九章 结论与展望
9.1 结论
9.2 存在的问题以及需要进一步研究的工作
9.3 天然纤维复合材料的应用及市场前景
9.3.1 应用
9.3.2 市场前景
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文以及参加科研情况
附录：有限元计算机程序
致谢
发布时间: 2006-07-08
参考文献
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