基于先进拉挤工艺的纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究

为了解决能源生产、工业制造、电力结构以及建筑施工当中,轻型承重材料生产的环保性问题,将低能耗可回收的高性能复合材料作为主要研究方向,并将研究成果以丰富的内容以及机体成果转化体现出来。因此本次研究从理论的角度出发,首先通过概述先进拉挤工艺和纤维增强热塑性复合材料的相关内容,突出本次研究主体;其次利用实验了解基于先进拉挤工艺的研究;最后提出拉挤成型工艺参数优化内容,并列举实例印证本次研究的实践价值,从而为纤维增强热塑性复合材料的相关研究提供参考。

先进拉挤工艺下工字梁固化温度场的二维数值模拟

碳纤维增强复合材料在固化成型过程中,其温度与固化度的变化历程具有强耦合关系,以含有非线性内热源的瞬态热传导方程为基础,利用有限容积法编写了计算程序,研究了以T300/环氧预浸料为材料的某复合材料工字形地板梁在先进拉挤工艺下的温度、固化度的变化历程。结果表明:该工字形地板梁在厚度为5.9 mm时,固化过程中的温度场和固化度场基本可以认为是均匀的,其厚度不会对固化质量产生较大影响;当该工字梁的厚度达到11 mm时,制件最高温度比模具温度高出了10.7℃,这时制件厚度已对制件的固化质量产生较大影响。

先进拉挤C型梁预成型方案研究

超长桁梁类复合材料构件可用以预浸料为原材料的先进拉挤成型工艺(Advanced Pultrusion,ADP)实现低成本、高效率生产。先进拉挤预成型阶段是将带状坯料连续折弯变形为指定截面的过程。本文基于先进拉挤生产C型截面长桁,建立预变形分析模型,确定模具最优长度为1100 mm,设计变形约束截面曲线有效地约束了纤维变形过程,提出以张力控制为基础的预成型方案对变形模型进行修正,计算结果显示放料端高度为50.9375 mm时纤维变形路径差最小,使其由2.42‰下降至1.22‰,并以此设计预成型模具及张力控制装置;研究了BA3202预浸料树脂流变特性及凝胶特性,确定了预成型100℃、热压180℃、保温60 min的拉挤成型工艺参数;拉挤试验过程中预浸料表面无褶皱堆积,拉挤制件折弯效果良好,角区表面质量高,金相观察制件内部铺层纤维无屈曲,表明工艺参数设置合理,预成型方案可行。