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纤维增强热塑性复合构件热压—注塑工艺及力学性能研究

纤维增强热塑性复合构件热压—注塑工艺及力学性能研究

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作者：石武平中南大学

学位级别：硕士

纤维增强热塑性复合构件同时具有连续纤维增强热塑性复合材料的优良力学性能和短纤维增强热塑性复合材料易成型复杂结构的优点,在航空航天、汽车等领域得到了越来越多的应用。但现有复合构件热压-注塑成型工艺面临周期长、性能差等问题... 详细信息

纤维增强热塑性复合构件同时具有连续纤维增强热塑性复合材料的优良力学性能和短纤维增强热塑性复合材料易成型复杂结构的优点,在航空航天、汽车等领域得到了越来越多的应用。但现有复合构件热压-注塑成型工艺面临周期长、性能差等问题,同时复合构件连接界面失效过程及失效机理尚不明确。为此,本文以连续玻璃纤维增强聚丙烯(Continuous Glass Fiber Reinforced Polypropylene,CGFRPP)层合板与短玻璃纤维增强聚丙烯(Short Glass Fiber Reinforced Polypropylene SGFR-PP)为研究对象,重点研究了CGFR-PP/SGFRPP复合构件的热压-注塑成型工艺,建立了复合构件的内聚力模型,并对其在特定载荷作用下的承载性能、失效过程以及失效机理展开研究。本文主要研究工作如下:1.搭建了快速热压成型工艺平台,将U型骨架的成型时间缩短至90s,并研究了不同表面温度、成型压力以及模具温度对U型骨架制件层间剪切强度、表面形貌以及截面几何形状精度的影响规律。结果表明,随着表面温度与成型压力的增加,U型骨架层间剪切强度先增大后减小,表面形貌逐渐改善;随着层合板表面温度和模具温度的升高,相比于设计角度,U型骨架成型角度逐渐减小,并趋于稳定。2.进行了复合构件包覆注塑成型工艺参数优化研究,结果表明,预制件温度和保压压力对复合构件的翘曲变形具有显著影响,但总体翘曲变形值较小;熔体温度和保压压力对复合构件注塑残余应力均有显著影响;得到了复合构件较优的注塑成型工艺参数组合为:A4B2C4D2,即熔体温度为240℃,预制件温度为170℃,保压压力50MPa,保压时间20s。3.建立了复合构件界面的内聚力模型,分析了复合构件在弯曲和轴向压缩载荷下粘结界面的渐进损伤与失效过程,并预测了最终开裂位置。研究结果表明,在弯曲载荷下,复合构件界面损伤首先在底面中间位置出现,然后逐渐向两端扩展,界面失效首先发生在底面靠近中间部位的两侧位置;在压缩载荷下,复合构件界面损伤首先出现在侧面中间位置,失效也首先发生在此处。本文针对CGFR-PP/SGFR-PP复合构件的热压-注塑成型工艺以及力学性能开展研究,为汽车轻量化提供了一种新的技术途径,为热塑性复合构件的力学性能预测与界面损伤失效分析奠定了理论基础。这对于既有力学性能要求,又有复杂结构功能性要求的CFRT/SFRT复合构件的工程应用具有十分重要的意义。本论文包含图80幅,表22个,参考文献99篇

关键词：纤维增强热塑性复合构件热压成型包覆注塑成型内聚力模型界面损伤界面失效

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