本文選題：CBT低聚物 + GF/PCBT復(fù)合材料��； 參考：《哈爾濱工程大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：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,近年來受到了航空航天工業(yè)、船舶制造業(yè)、汽車制造業(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,在加熱熔融狀態(tài)下,較高的熔體黏度對樹脂的流動產(chǎn)生了阻礙,影響了樹脂對纖維的充分浸潤,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)狀對苯二甲酸丁二醇酯(CBT)的出現(xiàn)改變了這一大難題,CBT是一種具有大環(huán)寡聚酯結(jié)構(gòu)的新型樹脂,在加熱后熔體黏度極低。在適量催化劑和適當溫度下,可開環(huán)聚合成高分子量的熱塑性工程塑料聚環(huán)狀對苯二甲酸丁二醇酯(PCBT),聚合過程中無反應(yīng)熱、無氣體和揮發(fā)性有機化合物釋放。本文基于CBT樹脂的特點,通過原位聚合的方法,對連續(xù)纖維增強PCBT復(fù)合材料的液體成型制備方法和工藝參數(shù)進行了研究,并采用實驗和有限元模擬相結(jié)合的方法對熱塑性復(fù)合材料熔融連接件的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,研究了接頭的承載能力和失效模式。其具體工作如下:1.通過流變測試,分析CBT在聚合過程中熔體黏度的變化趨勢,確定在液體成型過程中樹脂對纖維的最佳浸潤時間;通過差示掃描量熱分析、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在浸漬纖維過程中發(fā)生樹脂的開環(huán)聚合反應(yīng),開發(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數(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數(shù)對層合板力學(xué)性能和失效模式的影響。3.PCBT復(fù)合材料大型構(gòu)件的制備要通過連接技術(shù)來實現(xiàn),采用加熱使復(fù)合材料待連接面內(nèi)樹脂基體發(fā)生局部熔融再冷卻固結(jié)的新型熔融連接技術(shù),制備了凸凹槽對接型GF/PCBT連接件。分別以連接界面層數(shù)和連接長度為變量,研究了復(fù)合材料接頭的承載能力和破壞模式,從而對接頭的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。4.通過實驗研究了 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,加熱過程的溫度低于PCBT的維卡軟化溫度時,層合板的力學(xué)性能也基本為一個定值,高于PCBT軟化溫度時,由于這個類似于退火的處理使層合板力學(xué)強度有小幅度提升。5.使用擴展有限元對復(fù)合材料接頭的漸近損傷過程進行模擬,采用基于能量的BK準則,選用內(nèi)聚力單元仿真連接區(qū)域的界面失效過程,采用三維HASHIN準則,利用ABAQUS子程度USDFLD仿真纖維和基體的損傷破壞。數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果對比分析,吻合度良好,證明此方法能為GF/PCBT熔融連接接頭的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供有效的依據(jù)。
[Abstract]:Compared with thermosetting composites, thermoplastic composites have the advantages of good toughness and impact resistance, short molding cycle, low manufacturing cost, recyclable, recycled waste and product remelting. In recent years, it has been highly valued by aerospace industry, shipbuilding industry, automobile manufacturing industry, construction industry and so on. Due to its molecular structure, the high melt viscosity of plastic plastics hinders the flow of the resin in the heating and melting state, which affects the full infiltration of the resin to the fiber, thus limiting the application of the thermoplastic composites in the large size components and the main bearing structure. The appearance of cyclic butylene terephthalate (CBT) is changed. CBT is a new type of resin with large ring oligosaccharide structure. After heating, the viscosity of the melt is very low. Under appropriate catalyst and appropriate temperature, the ring can be polymerized into a high molecular weight thermoplastic polycyclic polybutylene terephthalate (PCBT). No reaction heat, no gas and volatile organic compounds are found in the polymerization process. In this paper, based on the characteristics of CBT resin, the preparation method and process parameters of continuous fiber reinforced PCBT composites were studied by in-situ polymerization. The structure of the melting joint of thermoplastic composites was designed by the method of experiment and finite element simulation, and the joint was studied. The concrete work is as follows: 1. through the rheological test, the change trend of the melt viscosity of CBT during the polymerization process was analyzed, and the optimum infiltration time of the resin to the fiber during the process of liquid forming was determined. The polymerization temperature and the mechanical properties of the CBT were determined by differential scanning calorimetry, thermo gravimetric analysis and force analysis, and the polymerization temperature and expediting of the polymerization were determined. The preparation technology of chemical agent provides the basic performance parameter.2. for the preparation process of fiber reinforced PCBT composites by using the properties of CBT low processing viscosity, so that the CBT can occur ring opening polymerization in the process of impregnating the fiber. The development of the thermoplastic composite liquid forming technology for the production of the complex structure of the main bearing component is applied to RTM and RTM. On the basis of VARIM process, GF/PCBT composite laminates with high fiber volume fraction were successfully prepared. The effects of catalyst content and fiber volume fraction on the mechanical properties and failure modes of laminates were studied. The preparation of large components of the composite material of.3.PCBT composite material should be realized by connecting technology. A new-type melting connection technology for the local melting and re cooling of the fat matrix has been prepared. The joint type GF/PCBT joints with convex grooves are prepared. The bearing capacity and failure modes of the joint are studied by connecting the number of interface layers and the length of the connection. The structure of the joint is designed by.4. and the GF/PCBT composite is studied by experiment. Under the high temperature environment, the mechanical properties of GF/PCBT laminates and joints decreased with the increase of temperature. The mechanical properties of the composites decreased rapidly in the glass transition temperature region of PCBT. The mechanical properties of the joints were almost unaffected by the high temperature recooling. The temperature of the heating process was lower than that of PCBT. When the softening temperature of VEKA is softened, the mechanical properties of the laminates are also basically a fixed value. When the softening temperature is higher than the PCBT softening temperature, the mechanical strength of the laminates is slightly enhanced by this annealing treatment..5. uses the extended finite element to simulate the asymptotic damage process of the composite joint, and uses the BK criterion based on energy to select the cohesion. The force unit simulate the interface failure process of the connection area, and use the three-dimensional HASHIN criterion to simulate the damage and damage of the fiber and the matrix using the ABAQUS sub degree USDFLD. The numerical simulation results are compared with the experimental results, and the coincidence degree is good. It is proved that this method can provide the effective basis for the structural optimization design of the fused joint joint of the GF/PCBT.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB332

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本文編號：1903413