碳纤维增强体回用的机械体系设计与模拟研究

论文摘要

碳纤维作为一种轻质高强的高性能材料而被广泛应用于航天航空、汽车制造业、建筑、铁路、通讯、医药器材等行业；随着新型飞机和汽车的大量投产及日常生活中“低碳”观念的普及,碳纤维的需求量正在逐年大幅度增加。2007年12月发表的市场研究指出,世界碳纤维需求量将在2006到2014年间成倍增长。尽管碳纤维有众多的优点,但是仍有一个不可回避的问题——碳纤维不可降解。随着其应用量的增加,随之而来的污染问题也日趋严重。在欧洲,每年有将近1100吨的碳纤维复合材料废弃物等待处理。因此,碳纤维的回收利用是一个极具吸引力的市场,它不仅以经济影响为向导,同样由于其对环境的正面影响而受到各国政府的关注。目前,针对碳纤维复合材料废弃物的回用问题,各工业大国都有自己的科研体系,目的是创建最高效和最经济可行的碳纤维回用体系。到目前为止,关于碳纤维回用的研究主要包括粉碎碳纤维增强塑料(CFRP),高温分解碳纤维复合材料,催化分解或在真空环境下分解碳纤维复合材料,流化床处理碳纤维复合材料等等。这些都是基于碳纤维复合材料的回收利用,但当碳纤维复合材料脱去树脂后得到的碳纤维增强体大多数是以织物的形式存在,对于这些碳纤维增强体,目前常用的方法是制成短切纤维再利用,但是在性能上没有竞争优势,使用的领域也有局限性。如何更好的利用这些碳纤维增强体,根据市场需求,将回用碳纤维制成连续碳纤维半成品,或者直接做成其它更有优势的碳纤维增强体结构,使其拥有更具竞争力的性能优势,同时进一步扩大回用碳纤维的应用领域,提高回用碳纤维的使用比重,这是本课题所要解决的问题。本课题基于已经存在的机械原理对碳纤维的回用体系进行了针对性的设计与实验模拟。对于碳纤维增强体的拆分系统,设计了2套机械体系：梳理与精梳的混合机械体系和运输带机械系统。针对碳纤维增强体拆分后的散落碳纤维束,设计了三套再整理系统：空气整理法、半封闭V型槽振动法和一体化振动体系,目的是将其整理成可再次使用的连续顺直的碳纤维纱线。最后,通过原理分析和大量的模拟试验,本课题成功的总结了一套完整的模拟机械体系,但是要实现其自动化后投入生产还需要投入更多的研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 复合材料介绍
• 1.1.1 复合材料定义
• 1.1.2 增强体结构
• 1.2 碳纤维复合材料及其废弃物
• 1.2.1 碳纤维性能
• 1.2.2 碳纤维应用
• 1.2.3 复合材料废弃物
• 1.3 碳纤维复合材料废弃物国内外回用现状
• 1.3.1 回用方法介绍
• 1.3.2 最新碳纤维再整理方法-滚筒法
• 1.4 本课题的研究意义和内容
• 1.4.1 研究的目的及意义
• 1.4.2 研究的内容
• 第二章 RECCO碳纤维回用项目
• 2B实验室介绍'>2.1 LGM²B实验室介绍
• 2.1.1 实验室简介
• 2.1.2 实验室组织结构图
• 2.2 RECCO项目
• 2.2.1 RECCO项目介绍
• 2.2.2 碳纤维复合材料废弃物的化学处理
• 2.2.3 碳纤维增强体的再整理
• 2.3 本章小结
• 第三章 纺织机械原理应用分析
• 3.1 介绍
• 3.2 梳理过程
• 3.3 精梳过程
• 3.4 开松过程
• 3.5 本章小结
• 第四章 碳纤维增强体的机械再整理方法研究
• 4.1 碳纤维织物再整理介绍
• 4.2 实验材料的准备
• 4.3 梳理方法研究
• 4.3.1 设计理念
• 4.3.2 模拟实验
• 4.3.3 可行性
• 4.4 梳理与精梳的混合机械体系
• 4.4.1 设计理念
• 4.4.2 模拟实验
• 4.4.3 可行性
• 4.5 运输带机械系统
• 4.5.1 设计理念
• 4.5.2 梳理梳的运动模式
• 4.5.3 可行性
• 4.6 本章小结
• 第五章 碳纤维增强体的气体再整理法研究
• 5.1 高压空气法
• 5.1.1 设计理念
• 5.1.2 模拟实验
• 5.1.3 可行性
• 5.2 本章小结
• 第六章 碳纤维增强体的振动再整理法研究
• 6.1 半封闭V型槽振动法
• 6.1.1 设计理念
• 6.1.2 模拟实验
• 6.1.3 可行性
• 6.2 一体化振动体系
• 6.2.1 设计理念
• 6.2.2 模拟实验
• 6.2.3 可行性
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢