预定型碳纤维织物压缩成型特性及粘弹性研究

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1、学校代号10532学号S1502W0205分类号U465.6密级公开工程硕士学位论文预定型碳纤维织物压缩成型特性及粘弹性研究学位申请人姓名王东兴培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称杨旭静教授郭水军高级工程师学科专业车辆工程研究方向车身轻量化材料成型工艺论文提交日期2018年4月20日学校代号：10532学号：S1502W0205密级：公开湖南大学工程硕士学位论文预定型碳纤维织物压缩成型特性及粘弹性研究学位申请人姓名：王东兴导师姓名及职称：杨旭静教授郭水军高级工程师培养单位：机械与运载工程学院专业名称：车辆工程论文提交日期：2018年

2、4月20日论文答辩日期：2018年5月15日答辩委员会主席：尹韶辉教授ResearchoncompressionmoldingcharacteristicsandviscoelasticityforthetackifiedcarbonfiberfabricsbyWANGDongxingB.E.(YanshanUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinVehicleEngin

3、eeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorYANGXujingSeniorEngineerGUOShuijunMay，2018预定型碳纤维织物压缩成型特性及粘弹性研究摘要碳纤维增强复合材料（CFRP）具有力学性能优异、密度低等优点，其在汽车上的应用是实现汽车轻量化的有效途径之一。预成型工艺作为碳纤维复合材料成型工艺中重要的环节之一，对成型后碳纤维复合材料的整体力学性能具有显著影响。一些形状复杂的零部件难以被制备近净形的纤维织物预成型体，因而往往采用定型剂以增

4、强织物定型效果。定型剂在预成型工艺中的应用不仅影响复合材料零部件的尺寸精度，还会显著影响其综合力学性能。因此，本文针对含定型剂碳纤维织物的预成型工艺及其在成型过程所表现出的粘弹性特性开展了相关研究。首先，本文采用不同含量定型剂的预定型碳纤维织物进行压缩成型实验，表征了不同含量定型剂在碳纤维织物压缩前后表面的分布形态。详细分析了预定型织物压缩过程中厚度变化机理，讨论了定型剂含量对碳纤维织物成型性的影响规律。结果表明：随定型剂含量的增加，织物压缩阶段的初始厚度与压缩时间增加，松弛阶段的松弛率减小，回弹阶段的永久变形占比增大。从定型效果角度而

5、言，选用4wt.%含量的定型剂具有较佳的定型效果。其次，本文针对预成型中的压缩速度、最大压力、保压时间和循环压缩次数四个工艺参数系统地进行了碳纤维织物压缩成型实验。分析了工艺参数变化对压缩、松弛和回弹三个阶段中厚度变化、应力松弛能力和回弹变形程度的影响。结果表明：降低压缩速度、增大最大压力和增加循环压缩次数使织物的成型厚度与松弛率减小。可以通过提高压缩速度、减小最大压力、延长保压时间和增加压缩循环次数的方法减小织物的回弹量。最后，本文针对织物粘弹性变形中的蠕变回复过程，建立了含定型剂纤维织物的粘弹性理论模型，通过织物压缩成型实验验证了模

6、型的正确性。并通过拟合得出相关模型参数，讨论了模型中各参数的物理意义，以反映织物蠕变回复过程各物理参数之间的关联关系。进一步建立了通过粘弹性理论模型公式计算永久变形量和极限回弹量的方法。随定型剂含量的增加，纤维丝间的摩擦力与粘附作用力增强，织物变形产生的回弹力减小，进而使得织物蠕变回复时间增加。本文针对含定型剂织物的压缩成型特性开展研究，更加贴近实际的工程应用。有助于减少织物在预成型过程中出现滑移错位、内部屈曲和过度回弹等缺陷，对于实际预成型工艺中的参数调节具有重要的指导意义。对于预定型碳纤维织物粘弹性特性的研究旨在为高性能复合材料液体

7、成型工艺提供一定的理论支持。关键词：碳纤维织物；定型剂；预成型工艺；工艺参数；粘弹性II工程硕士学位论文AbstractCarbonfiberreinforcedpolymer(CFRP)compositeshavemanyadvantages,suchasexcellentmechanicalpropertiesandlowdensity.Itisoneoftheeffectivewaystorealizeautomobilelightweight.Asoneoftheimportantlinksintheformingprocess

8、ofcarbonfibercomposites,thepreformingprocesshasasignificanteffectontheoverallmechanicalpropertiesofthef