【摘 要】
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碳纤维增强尼龙因具有强度高、韧性好和耐高温等优点,近年来被广泛应用于航天航空和电子电器等领域。通过添加适量的碳纤维,可以显著提升尼龙的力学性能,但是同时也降低了尼龙的流动性和成型性。目前,虽然可以通过注塑成型制备高性能的碳纤维增强尼龙制品,但是碳纤维含量对材料流变性能的影响、注塑成型中熔体的流动规律和纤维取向等机理问题亟需探索。鉴于此,本文以碳纤维增强尼龙为研究对象,通过稳态和动态流变实验,研究碳
【基金项目】
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东莞市科技计划项目:一种高性能碳纤维增强尼龙的设计和制备关键技术（编号:20185071551596）
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碳纤维增强尼龙因具有强度高、韧性好和耐高温等优点,近年来被广泛应用于航天航空和电子电器等领域。通过添加适量的碳纤维,可以显著提升尼龙的力学性能,但是同时也降低了尼龙的流动性和成型性。目前,虽然可以通过注塑成型制备高性能的碳纤维增强尼龙制品,但是碳纤维含量对材料流变性能的影响、注塑成型中熔体的流动规律和纤维取向等机理问题亟需探索。鉴于此,本文以碳纤维增强尼龙为研究对象,通过稳态和动态流变实验,研究碳纤维增强尼龙的流变性能和规律;通过碳纤维增强尼龙注塑成型仿真建模,研究熔体在注塑成型中的流动行为和规律。主要研究内容如下:（1）碳纤维增强尼龙稳态流变性能研究。通过熔融共混挤出工艺制备不同纤维含量的碳纤维增强尼龙料粒,借助毛细管流变仪进行稳态流变实验,获得剪切速率、温度以及纤维含量对共混体系表观黏度的影响规律;通过电镜扫描观察挤出样条的微观形貌,分析碳纤维对材料稳态流变性能的影响机理。结果表明:材料稳态流变性能是碳纤维和尼龙基体共同作用的结果,其中纤维含量为10wt%时熔体流变性能最好,30wt%熔体流变性能次之,20wt%和40wt%熔体流变性能最差;（2）碳纤维增强尼龙动态流变性能研究。通过模压法制备不同纤维含量的碳纤维增强尼龙平板样件,借助旋转流变仪进行动态流变实验,获得纤维含量和扫描频率对共混体系复数黏度、储能模量及损耗模量等参数的影响规律;对比稳态流变实验的表观黏度结果,分析两者的差异。结果表明:材料复数黏度和表观黏度随频率及纤维含量的变化规律相似,但是各纤维含量材料的复数黏度均大于表观黏度;（3）碳纤维增强尼龙注塑成型仿真建模研究。基于i ARD-RPR纤维取向模型,结合实际注塑工艺,构建注塑成型仿真模型;针对10wt%纤维含量材料开展CT扫描实验和单向拉伸实验,对比纤维取向和弹性模量的实验和仿真结果。结果表明:纤维取向的最大误差为7.35%,弹性模量的相对误差为12.76%,仿真模型具有较高的精度;（4）碳纤维增强尼龙注塑成型流动行为研究。基于注塑成型仿真模型,通过单变量实验,定量化表征熔体在注塑成型过程中的流动行为,分析纤维含量、模具结构和工艺参数对纤维取向、剪切速率及剪切应力等的影响规律。
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