2纤维增强热塑性复合材料浸渍特性研究

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1、中国纺织大学博士学位论文连续碳纤维增强热塑性复合材料浸渍特性研究姓名：张万虎申请学位级别：博士专业：纺织工程指导教师：黄秀宝;松尾达树1999.3.1中国纺织大学博士学位论文捅要伊35I500‘。本文在分析热塑性复合材料的发展过程、现状及应用前景的基础_』：，围绕连续碳纤维束增强热塑性复合材料的浸渍特性，系统地讨论了热塑性树脂浸渍行为的基础过程，从理论和实验两方面详细地研究了连续增强纤维束的树脂浸渍行为，明确了浸渍机理，并探讨了提高浸渍性能的措施。具体包括以下几个方面：1通过对连续纤维增强型复合材料成型过程的分析，根据浸渍过程[

2、，不同的孔隙结构，将浸渍形态分为浸入型

3、、浸出型及浸入一浸出混合型等三种不同的类型。以多孔介质粘性流动的Darcy定律为基础，建立了浸渍过程的理论模型，进而根据空隙部分压力的变化情况，将浸渍过程所处状态分为开放系统、真空系统及密闭系统，并分析了影响浸渍过程的主要因素，求出了各种状态的理论浸渍过程曲线。2在成型过程中应用激光位移计在线测定浸渍过程中材料空隙部分体积随时间的变化曲线，通过成型材料断面的扫描电镜观察及沿纤维垂直方向的弯曲试验，从不同侧面考察了各种成型材料在不同成型条件下的浸渍情况。通过实验结果与理论计算结果的比较，提出了成型时空隙部分在成型初期属开放系统，成型后期属密闭系统的浸渍模型，进一步修正了

4、理论浸渍啦线，使实测浸渍曲线与理论浸渍曲线具有良好的一致性。3为了改善浸渍性能，对增强纤维束进行了适当的开纤处理，从而改善了纤维束的结构状态，浸渍实验结果证明，开纤后树脂对纤维束的浸渍速度明显加快，其成型品的孔隙数量显著减少，90。弯曲弹性模量明显增大丁本研究所使用的空气一罗拉混合开纤技术是一种新的行之有效的开纤方法，其中罗拉开纤部分的作用主要是解除因粘合剂对纤维间造成的粘结，使纤维相互分离；气流开纤部分使纤维产生横向移动，使纤维束宽度增加，厚度变薄，达到连续、稳定的开纤效果。通过对开纤工艺的研究，提出了开纤效果的评价指标。该混合开纤法对各种连续纤维束均可达到较好的开

5、纤效果。4在纤维束开纤研究的基础上，利用新的薄膜预浸法，探讨了连续纤维束增强热塑性预浸料的制造工艺，证明纤维柬的状态、温度、张力及加工速度是影响预浸料浸渍程度的主要因素。骇装置还可直接与纤维束开纤装置串联组成连续生产线，实现开纤、预浸过程一次完成。该方法提供的预浸料为今后先进热塑性复合材料的实用化奠定了‘呸实的基础。1：走键词热塑性复合材料浸渍开纤连续纤维束碳纤维⋯——±量鱼堡盔堂蔓主兰垡堡塞TheImpregnationBehaviorofOrientedFibersReinforcedThermoplasticCompositeAbstractTheimpregn

6、ationbehaviorofthermoplasticcompositesduringmanufacturingwasinvestigatedboththeoreticallyandexperimentallyindetail．Thusthemechanismofimpregnationcanbebetterunderstood．Anewmethodforopeningthecontinuouscarbonfilamenttowwasdevelopedtofurtherimprovetheimpregnationperformance．Thecontentofthe

7、thesiscoversthefollowingaspects：1Byanalyzingtheimpregnationprocessingofcontinuousfilamentreinforcedthermoplasticcompositematerialanddifferentcharacteristicsofthevoids，theimpregnationcallbeclassifiedintothreetypeswhichareflow-intype，flow—outtype，aswellasflow-inandflow．outtype．Theresinflo

8、winthemanufacturingofthermoplasticcompositematerialsiScharacteristicofviscousflowofporousmedia．BasedontheDarcylaw．themodelofimpregnationprocessingwassetup．ThesysteminwhichtheimpregnationprocessingisdevelopedCanbeconsideredasworkingunderthedifferentconditionofopenedsystem，vacuum