【摘 要】
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传统的连续纤维增强热塑性复合材料（CFRT）注塑成型工艺的原理是将纤维增强体预制件置于模腔中,通过在预制件上注射基体塑料而成型出CFRT试样。该工艺具有效率高、周期短、可连续化生产和成型制品结构复杂等优点,但存在制品性能较低、界面结合效果差、注塑层易脱离等。针对以上缺点,本文以网格状硬质预浸料为增强体预制件和高流动性基体为研究对象,开发出CFRT模内包覆注塑成型工艺。利用该工艺成功制备了力学性能优
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传统的连续纤维增强热塑性复合材料（CFRT）注塑成型工艺的原理是将纤维增强体预制件置于模腔中,通过在预制件上注射基体塑料而成型出CFRT试样。该工艺具有效率高、周期短、可连续化生产和成型制品结构复杂等优点,但存在制品性能较低、界面结合效果差、注塑层易脱离等。针对以上缺点,本文以网格状硬质预浸料为增强体预制件和高流动性基体为研究对象,开发出CFRT模内包覆注塑成型工艺。利用该工艺成功制备了力学性能优异、界面结合强度高、包覆质量良好的“钢筋混泥土”式结构的连续纤维增强聚丙烯（CFRT-PP）制品,并得出以下主要结论:（1）对模内包覆注塑成型过程及试样表观质量进行分析,探究不同注射方向下基体充模过程和各因素对试样包覆质量和翘曲变形的影响。得出:充模过程中熔体流动比较均匀,熔体穿越预制件孔眼进行流动;较高的基体流动性和预制件刚性可以明显提高包覆质量,降低翘曲变形程度。根据试样最大翘曲量研究了工艺参数对翘曲程度的影响规律并分析了翘曲变形机理,证明了模内包覆注塑成型工艺制备CFRT具有可行性。（2）以纯PP为基体制备了CFRT-PP试样,结合力学性能测试、密度测试、SEM测试、SZM观察法、界面性能测试等研究了注射速度、模具温度等注塑工艺对试样性能、试样的表观密度及界面结合强度的影响和预制件结构形态、相容剂含量对试样性能的影响。得出:适当的增加充模熔体温度和保压压力可以提高试样力学性能和界面结合效果,但过高的熔体温度会导致PP纤维融化进而使性能下降。分析了界面结合机理,揭示试样性能的改变是由于预制件结构形态的不同引起。（3）以长玻纤增强聚丙烯（LFRT-PP）为基体,研究了预制件层数、LFRT-PP玻纤含量、注射速度对CFRT-PP试样包覆质量的影响和预制件结构对基体纤维断裂的影响;并采用正交实验探究在不同的预制件层数、LFRT-PP玻纤含量和注射速度下CFRT-PP试样最优力学性能。得出:适当减小预制件层数,降低LFRT-PP玻纤含量和增加注射速度可以有效提高CFRT-PP试样的包覆质量,减小包覆缺陷;证明了预制件的存在会大幅度降低基体纤维长度;而选择较少的预制件层数、较低的基体纤维含量和较高的注射速度时,CFRT-PP试样的综合力学性能较好。（4）通过对比不同的成型方式下CFRT-PP试样力学性能。得出:加压5层预制件的CFRT-PP成型试样力学性能最优,其拉伸强度为206.14MPa,弯曲强度为201.38MPa,相比纯PP试样的拉伸强度和弯曲强度分别提高了924.55%、566.16%,相比LFRT-PP试样的最大拉伸强度和弯曲强度分别提高了89.21%、32.83%。因此使用模内包覆注塑成型工艺制备的CFRT-PP试样具有优异的力学性能和可行性。
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