單聚合物複合材料調性成型機理及其關鍵技術研究

《單聚合物複合材料調性成型機理及其關鍵技術研究》是依託大連理工大學,由姜開宇擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：單聚合物複合材料調性成型機理及其關鍵技術研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：姜開宇

項目摘要

本研究針對單聚合物複合材料在成型以及性能調控方面所面臨的問題，提出模內自增強複合成型單聚合物複合材料製備新方法，可以實現在不改變製件結構尺寸及材料成分的前提下能夠通過成型參數的調整對單聚合物複合材料力學性能進行調整和控制。並採用先進的物理可視化技術，線上實時觀測成型過程中聚合物熔體的流動軌跡、流動前沿形狀變化、速度場、溫度場、壓力場、相態變化等成型過程特性，並對其進行參數化表征，結合流變分析、聚合物微觀組織結構以及力學性能分析的理論及方法，系統研究單聚合物複合材料成型條件-流變特性-微觀組織結構-最終力學性能之間各個環節的相互作用關係和作用機理，分析影響單聚合物複合材料力學性能的作用規律和內在因素，以此為基礎，建立能夠合理表征成型過程參數與單聚合物複合材料性能關係的模型，為單聚合物複合材料的製備、材料性能的設計以及模具結構與工藝的最佳化提供可靠的依據。

結題摘要

本研究針對單聚合物複合材料在成型以及性能調控方面所面臨的問題，提出“模內自增強複合成型”單聚合物複合材料製備新方法，可以實現在不改變製件結構尺寸及材料成分的前提下能夠通過成型參數的調整對單聚合物複合材料力學性能進行調整和控制。並採用先進的物理可視化技術，線上實時觀測成型過程中聚合物熔體的流動軌跡、流動前沿形狀變化、速度場、溫度場、壓力場、相態變化等成型過程特性，並對其進行參數化表征，結合流變分析、聚合物微觀組織結構以及力學性能分析的理論及方法，系統研究單聚合物複合材料成型條件-流變特性-微觀組織結構-最終力學性能之間各個環節的相互作用關係和作用機理，分析影響單聚合物複合材料力學性能的作用規律和內在因素，以此為基礎，建立了能夠合理表征成型過程參數與單聚合物複合材料性能關係的模型，為單聚合物複合材料的製備、材料性能的設計以及模具結構與工藝的最佳化提供可靠的依據。 本項目研究結果，完全改變了先製備排布增強體，後填充基體材料的傳統複合材料製備模式，從而避免了尺度較小的增強體與高溫熔體接觸混合導致的取向被破壞與鬆弛而喪失原有的強度和性能。該技術無需對基體及纖維材料進行改性處理，只利用常規注塑機和相關模具即可實現單聚合物複合材料的製備。由於其增強體預留溝道的尺寸、走向、排布密度均可由微製造、精密加工等手段來保證，而且通過成型參數的調整還可以改變增強體的分子取向度、結晶度等微觀結構，從而可以實現單聚合物複合材料製件的結構、工藝及性能及成型模具的一體化設計和控制。該研究不但對單聚合物複合材料的製備及其成型技術的發展和套用具有重要的理論和實際套用價值，所提出的調性成型的方法與理論也可以為聚合物的材料-性能-模具-工藝-製品的一體化設計與製備技術的發展提供有力的支持。該研究結果在國防、航空航天、交通運輸等領域具有很好的套用前景。