連續(xù)纖維增強(qiáng)PCBT復(fù)合材料的制備及連接性能研究.pdf

1、熱塑性復(fù)合材料與熱固性復(fù)合材料相比，具有較好的韌性和抗沖擊性能，成型周期短、制造成本低、可循環(huán)使用、廢料可回收、產(chǎn)品可再熔融加工等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)受到了航空航天工業(yè)、船舶制造業(yè)、汽車(chē)制造業(yè)、建筑工業(yè)等的高度重視。但是熱塑性塑料由于其分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在加熱熔融狀態(tài)下，較高的熔體黏度對(duì)樹(shù)脂的流動(dòng)產(chǎn)生了阻礙，影響了樹(shù)脂對(duì)纖維的充分浸潤(rùn)，從而限制了熱塑性復(fù)合材料在大尺寸構(gòu)件和主承力結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。
　　環(huán)狀對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(CBT)的出現(xiàn)改變

2、了這一大難題，CBT是一種具有大環(huán)寡聚酯結(jié)構(gòu)的新型樹(shù)脂，在加熱后熔體黏度極低。在適量催化劑和適當(dāng)溫度下，可開(kāi)環(huán)聚合成高分子量的熱塑性工程塑料聚環(huán)狀對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)，聚合過(guò)程中無(wú)反應(yīng)熱、無(wú)氣體和揮發(fā)性有機(jī)化合物釋放。本文基于CBT樹(shù)脂的特點(diǎn)，通過(guò)原位聚合的方法，對(duì)連續(xù)纖維增強(qiáng)PCBT復(fù)合材料的液體成型制備方法和工藝參數(shù)進(jìn)行了研究，并采用實(shí)驗(yàn)和有限元模擬相結(jié)合的方法對(duì)熱塑性復(fù)合材料熔融連接件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，研究了接頭的承載能力

3、和失效模式。其具體工作如下:
　　1.通過(guò)流變測(cè)試，分析CBT在聚合過(guò)程中熔體黏度的變化趨勢(shì)，確定在液體成型過(guò)程中樹(shù)脂對(duì)纖維的最佳浸潤(rùn)時(shí)間;通過(guò)差示掃描量熱分析、熱重分析和力學(xué)性能分析，確定CBT的聚合加工溫度和催化劑的投放技術(shù)，為纖維增強(qiáng)PCBT復(fù)合材料的制備工藝提供基礎(chǔ)性能參數(shù)。
　　2.利用CBT低加工黏度的特性，使CBT在浸漬纖維過(guò)程中發(fā)生樹(shù)脂的開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)，開(kāi)發(fā)可適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的主承力構(gòu)件生產(chǎn)的熱塑性復(fù)合材料液體成

4、型技術(shù)。以RTM和VARIM工藝為基礎(chǔ)，成功制備了高纖維體積分?jǐn)?shù)的GF/PCBT復(fù)合材料層合板，研究了催化劑含量和纖維體積分?jǐn)?shù)對(duì)層合板力學(xué)性能和失效模式的影響。
　　3.PCBT復(fù)合材料大型構(gòu)件的制備要通過(guò)連接技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用加熱使復(fù)合材料待連接面內(nèi)樹(shù)脂基體發(fā)生局部熔融再冷卻固結(jié)的新型熔融連接技術(shù)，制備了凸凹槽對(duì)接型GF/PCBT連接件。分別以連接界面層數(shù)和連接長(zhǎng)度為變量，研究了復(fù)合材料接頭的承載能力和破壞模式，從而對(duì)接頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)

5、行設(shè)計(jì)。
　　4.通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了GF/PCBT復(fù)合材料的高溫力學(xué)性能，在高溫環(huán)境下，GF/PCBT層合板和接頭的力學(xué)性能隨著溫度的升高而下降，在PCBT的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度區(qū)域內(nèi)，復(fù)合材料的力學(xué)性能下降迅速。在經(jīng)歷高溫再冷卻后，接頭的力學(xué)性能幾乎不受影響，加熱過(guò)程的溫度低于PCBT的維卡軟化溫度時(shí)，層合板的力學(xué)性能也基本為一個(gè)定值，高于PCBT軟化溫度時(shí)，由于這個(gè)類(lèi)似于退火的處理使層合板力學(xué)強(qiáng)度有小幅度提升。
　　5.使用擴(kuò)展有