纤维增强聚合物复合材料的实验研究与性能分析

### 纤维增强聚合物复合材料的实验研究与性能分析 #### 纤维悬浮液中纤维 - 基体分离和纤维密度分布的实验研究 在当今的工业生产中，聚合物复合材料的应用越来越广泛，从高端产品到日常用品，其身影无处不在。然而，在成型过程中，纤维 - 基体分离和纤维堵塞等缺陷却成为了影响产品质量和生产效率的重要因素。 ##### 研究背景 近年来，聚合物复合材料的应用范围不断扩大，从体育用品到汽车行业，都能看到它们的身影。随着纤维增强材料的使用增加，降低成本成为首要考虑因素，因此深入了解成型过程变得至关重要。然而，目前对于成型过程的物理机制还没有完全理解，纤维 - 基体分离和纤维堵塞等缺陷导致了大量产品的报废，增加了生产成本。 ##### 实验方法 本研究采用压缩成型纤维和硅油混合物的方法进行实验。实验装置由液压机和两块 PMMA 透明板组成，顶部安装相机记录实验过程。选用硅油作为基体材料，因为它具有多种粘度、牛顿流体行为和透明度高的特点，便于研究纤维行为。 实验步骤如下： 1. 准备不同纤维浓度的道康宁硅油流体 200 8 和碳纤维混合物，并让其静置几天。 2. 将混合物放置在底部板上，关闭液压机，模拟双轴拉伸流动。 3. 拍摄流动开始和结束时的高质量图像，并记录关闭过程的视频。 4. 使用 Matlab 的 Image Toolbox 对图像进行后处理，计算纤维 - 基体分离百分比和平均分离半径。 实验参数总结如下表： |参数|详情| | ---- | ---- | |模具闭合速度|不同速度进行实验| |树脂粘度|多种粘度硅油| |纤维长度|不同长度纤维| ##### 实验结果 实验结果表明，模具闭合速度和树脂粘度对纤维 - 基体分离有显著影响。 - **模具闭合速度**：较高的模具闭合速度导致较低的纤维 - 基体分离。较低速度时，树脂容易从纤维床中挤出；而较高速度时，树脂难以通过纤维。 - **树脂粘度**：低粘度有利于分离，因为低粘度树脂容易从纤维床中流出；高粘度流体则会受到更多阻力。随着粘度增加，纤维 - 基体分离效果减弱。 此外，纤维重量含量也会影响分离情况。纤维体积含量越低，分离越少，因为纤维之间的相互作用和缠结减少。 以下是不同参数下纤维 - 基体分离的相关图表： ```mermaid graph LR A[模具闭合速度] --> B[高速度 - 低分离] A --> C[低速度 - 高分离] D[树脂粘度] --> E[低粘度 - 高分离] D --> F[高粘度 - 低分离] G[纤维重量含量] --> H[低含量 - 低分离] G --> I[高含量 - 高分离] ``` #### 聚对苯二甲酸乙二醇酯增强热塑性复合材料 在纤维增强复合材料领域，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维增强聚丙烯（PP）复合材料展现出了独特的优势。 ##### 研究背景 纤维增强复合材料在众多领域得到广泛应用，特别是在汽车行业，纤维增强聚丙烯复合材料因能在满足机械性能要求的同时降低生产成本而备受青睐。为了适应能源消耗、油价上涨和环保等方面的要求，提高车辆效率成为关键问题。本研究旨在探讨用 PET 纤维替代玻璃纤维的可能性。 ##### 材料与方法 本研究采用电线包覆技术制备复合材料。选用的 PET 纤维具有特定的性能参数，如 dtex 1100、强度 830 mN/tex、断裂伸长率 14%、180°C 热空气平均收缩率 10%。使用两种 PP 基体：SABIC@PP513MNKlOE（PP 冲击共聚物）和 SABIC@PP5