磁场作用下树脂基碳纤维复合材料注塑成型实验研究

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碳纤维复合材料具有高强度、轻重量等优点,被广泛地应用于航空航天、机械化工和汽车等各个领域。其中注塑成型是碳纤维复合材料的重要成型方式之一,而工艺参数的选择对塑件的质量影响极大。尤其是对纤维取向的影响,关系到塑料最终的机械性能。因此,如何有效地改变注塑过程中的纤维取向,优化塑件内的纤维分布,从而提升产品力学性能,是决定塑件性能的关键。目前,在注塑成型过程中,大部分研究采用改变复合物的粘度、注射速度和型腔的光洁度以及模具几何形状等因素来优化纤维取向,但这些方法都只能定性控制纤维取向,对纤维取向控制能力有限,因此本文基于常规注塑成型工艺,提出了外磁场作用下注塑成型方案,通过外磁场作用控制注塑成型过程中的纤维取向,从而达到增强塑件力学性能的目的。本文提出了注塑成型过程中利用磁场作用来优化纤维取向的方法,并在理论分析以及实验研究等方面做了大量的研究,本论文所做的具体研究如下:(1)本文基于复合材料流动理论和磁性粒子在磁场中会受到磁场力作用而沿磁场方向运动的原理,应用外磁场作用下注塑成型复合工艺。工艺目的在于优化塑件内部纤维分布,从而达到增强塑件力学性能的目的。(2)本文针对标准拉伸试样模型和25%含量碳纤维PC材料,利用MOLDFLOW软件,建立试样三维模型,分析确定最佳浇口位置,并利用正交试验的方法,建立L16(44)正交表,分别对各组工艺参数组合方案进行模拟分析,并整理分析模拟结果,得到了各工艺参数对纤维取向影响程度为注射压力>熔体温度>模具温度>注射时间,得出了最佳注塑工艺组合为模具温度110℃,熔体温度300℃,注射时间3.0s,注塑压力180MPa。(3)本文基于CAE模拟得到的最佳注塑工艺参数组合的基础上,引入新的影响因子碳纤维镀镍含量,组建新的正交注塑实验方案,引入有无磁场条件,并分别用含镍量为0,20%,40%,60%镀镍碳纤维制备的25%镀镍碳纤维PC复合材料进行注塑成型实验。并对试件进行了拉伸、弯曲测试以及表面纤维组织观测,得出结论,当碳纤维镀镍含量为40%时,磁场作用下注塑成型制品拉伸强度最高,相比于无磁场注塑成型制品,拉伸强度提升了15%左右,说明经磁场诱导注塑成型优化后,塑件的内部纤维取向更加一致,试件的机械性能得到提升。
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