注塑成型树脂基复合材料螺栓纤维配向验证

传统金属螺栓紧固件在连接纤维增强树脂基复合材料零部件时,由于金属与复合材料间的热膨胀系数不同,会削弱接头连接性能,并且金属螺栓紧固件还具有不耐腐蚀、不利于轻量化等缺点。复合材料螺栓不仅克服了以上缺点,其原料中使用的短切碳纤维也为回收型碳纤维创造了新的下游应用。以四种回收型短切碳纤维增强热塑性树脂基粒——回收型碳纤维增强聚己二酰己二胺树脂(rCF/PA66)、回收型碳纤维增强聚碳酸酯树脂(rCF/PC)、回收型碳纤维增强聚丙烯树脂(rCF/PP)、回收型碳纤维增强聚苯硫醚树脂(rCF/PPS)为原材料,通过注塑成型得到四种注塑成型复合材料螺栓紧固件,利用Moldex3D软件对注塑过程中浇口位置选择进行优化模拟,并通过螺栓内部纤维配向分析与其三点弯曲试验结果相印证,验证纤维配向对螺栓弯曲性能的影响。试验发现:当浇口位置选择在螺栓头部侧向时,螺栓整体纤维配向最好,优于浇口选择在螺栓正上方和螺杆正下方时的纤维配向。注塑成型rCF/PP螺栓具有典型的皮芯结构,在螺杆拉伸方向上,螺杆处碳纤维的取向度高于螺栓头部以及螺栓头部与螺杆结合处。进行三点弯曲试验时,当螺栓的放置方式为浇口在中间时,螺杆的弯曲载荷最大。