内衬PVDF热塑层的玻璃纤维增强管制备与力学性能的研究

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本课题采用有限元分析软件ANSYS从静力学方面计算了缠绕角度、缠绕厚度、内衬厚度对内衬PVDF热塑层的玻璃纤维增强管弯曲性能的影响。分别运用最大应力准则和Tsai-Wu准则对管的可弯曲半径和弯曲破坏载荷进行了分析。结果表明:随增强层缠绕角度的增大,复合材料管的弯曲破坏载荷逐渐减小,复合材料管的可弯曲半径先增大后减小;随缠绕厚度的增加,复合材料管的弯曲破坏载荷和弯曲半径逐渐增大;随内衬厚度的增加,复合材料的弯曲破坏载荷和弯曲半径有微小增大。  通过实验测试得到PVDF的Tg、熔点、结晶点等参数,采用挤出工艺成功制备内径为45mm、壁厚为2mm的内衬PVDF管,采用喷砂工艺处理内衬PVDF表面以获得不同表面粗糙度;通过实验确定湿法缠绕工艺参数:缠绕张力、缠绕粘度、缠绕温度、缠绕速度等;然后采用湿法缠绕工艺,把喷砂处理后的内衬PVDF作为芯模,将充分浸润树脂后的玻璃纤维进行连续缠绕,固化后制备成内衬PVDF热塑层的玻璃纤维增强管。  采用四点弯曲实验和轴向压缩实验,研究分析了不同缠绕角度、不同缠绕厚度和不同喷砂粗糙度对复合材料管弯曲性能及压缩性能的影响。弯曲实验结果表明:不同缠绕角度、不同缠绕厚度复合材料管的弯曲实验数据与ANSYS计算数据有较好的吻合性;并分析了不同喷砂目数对弯曲性能的影响。压缩实验结果表明:PVDF经24目喷砂处理后制备的复合材料管压缩强度提高了34.6%,压缩模量减小了46.2%;随增强层厚度的增加,压缩强度逐渐减小后趋于稳定,压缩模量先减小后增大到最大值;随缠绕角度的增大,压缩强度和压缩模量逐渐减小。最后分别总结了复合材料管的弯曲和压缩破坏模式,并分析了其破坏机理。
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