连续纤维增强聚烯烃仿竹管材的研究

作     者：李丽平 

作者单位：山东理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谭洪生

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：连续纤维增强 聚烯烃 仿竹管材 应力-应变分析 

摘      要：本文设计了一种新型的连续纤维增强热塑性管材的成型机头，并采用自行组装的成型加工流水线，以抗冲共聚聚丙烯（IPC）、高密度聚乙烯（HDPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）和玻璃纤维等为原料，制备了连续纤维增强聚烯烃仿竹管材。仿竹管的纤维与管材轴向平行，沿周向分布、浸渍在树脂中。通过观察管材的毛细管虹吸现象，以及采用微型显微镜观察仿竹管材的横切面形态，评定管材中纤维的浸渍与分布情况，并分析工艺条件对纤维浸渍的影响。同时，对管材的弯曲性能、环刚度和管刚度进行了测试，进一步研究了工艺条件对管材力学性能的影响。拟合了仿竹管的弯曲应力-应变曲线，并得到曲线方程。 对纤维增强管材毛细管现象的研究表明，分散辊的使用，起到了预分散的作用，提高了树脂对纤维的浸渍效果。树脂的流动性与机头一定范围内的温度有关，温度升高，树脂黏度降低，流动性提高，使纤维浸渍效果变好。但过高的温度不利于机头内压力的形成，从而影响树脂对纤维的浸润，使纤维的浸渍效果变差。当机头温度在190～230℃范围内时，机头温度分别为230℃、210℃和190℃时连续玻璃纤维增强IPC（CGF/IPC）、连续玻璃纤维增强HDPE（CGF/HDPE）及连续玻璃纤维增强LLDPE（CGF/LLDPE）管材的纤维浸渍效果最好。从整体来看，CGF/IPC管的纤维浸渍最好，CGF/HDPE管次之，CGF/LLDPE管最差，这与其基体树脂的结构有很大关系。 力学性能测试结果表明，分散辊的使用提高了仿竹管的力学性能，使CGF/IPC管的弯曲强度、环刚度及管刚度都有所上升。管材的力学性能随分散辊预热温度的升高先增大后减小，当分散辊预热温度为200℃时呈现最大值。机头温度对管材的力学性能影响很大。当机头温度在190～230℃范围内时，CGF/IPC管的力学性能随温度的升高呈上升趋势，CGF/HDPE管的力学性能随温度的升高先上升后下降，而CGF/LLDPE管的力学性能呈下降趋势。从基体树脂分析，力学性能CGF/HDPE管CGF/IPC管CGF/LLDPE管，这主要与其机体树脂的性能有关。 采用微型显微镜对管材横切面形态进行观察，进一步验证了分散辊、机头温度、不同树脂对纤维浸渍的影响。采用扫描电子显微镜（SEM）对CGF/IPC管和CGF/LLDPE管进行观察，得CGF/IPC的界面粘结效果明显优于CGF/LLDPE管。 对管材的弯曲应力-应变曲线拟合，分析结果得CGF/IPC管材抵抗形变的能力随机头温度的升高而增大，CGF/HDPE管材抵抗形变的能力在机头温度为210℃最好，而CGF/LLDPE管材抵抗形变的能力随机头温度升高而下降。且CGF/HDPE管材因其基体树脂自身的性能优异，具有最好的抗形变能力。