【摘 要】
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连续纤维增强聚酰胺6反应注射真空袋压成型的研究热塑性树脂基复合材料反应浸渍真空袋压成型（VBPM）工艺因具有可制备大尺寸且形状复杂制品、成本低、轻质高强等优点,逐渐成为复合材料的研究热点。但是,该制备工艺存在以下难点:原料需要预处理,反应条件较为苛刻;反应在高温（150～180℃）下进行,对真空袋、密封胶条等实验辅材的耐温性提出了更高的要求;影响因素复杂,制品的最终性能是固化温度、固化时间等工艺参
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连续纤维增强聚酰胺6反应注射真空袋压成型的研究热塑性树脂基复合材料反应浸渍真空袋压成型（VBPM）工艺因具有可制备大尺寸且形状复杂制品、成本低、轻质高强等优点,逐渐成为复合材料的研究热点。但是,该制备工艺存在以下难点:原料需要预处理,反应条件较为苛刻;反应在高温（150～180℃）下进行,对真空袋、密封胶条等实验辅材的耐温性提出了更高的要求;影响因素复杂,制品的最终性能是固化温度、固化时间等工艺参数共同作用的结果。本课题在热固性树脂VBPM的基础上根据己内酰胺单体原位聚合特性搭建适用于连续纤维增强聚酰胺6反应注射VBPM实验平台,利用己内酰胺（CL）阴离子原位开环聚合反应制备了玻纤增强尼龙6（GF/PA6）复合材料;通过数值模拟与实验验证相结合的方式对比两种导入方式对制品最终性能的影响,并探明真空压力、固化温度等工艺参数对制品结晶度、转化率、力学性能等性能的影响规律。具体研究内容如下:1、根据己内酰胺单体原位聚合特性搭建了适用于连续纤维增强聚酰胺6反应注射VBPM实验平台,在该实验平台的基础上成功制备了GF/PA6复合材料板材样品;优选出了最佳的实验原料配方,并对注胶方式、密封胶条的选择等实验方法进行优化选择;2、基于含热源项的非线性瞬态傅里叶（Fourier）热传导方程和Kamal-Sourour反应动力学模型,利用COMSOL有限元软件,模拟研究了GF/APA-6复合材料VBPM工艺的等温导入传热-反应过程,分析了固化温度、预热温度和升温速率等工艺参数对复合板材内树脂单体反应转化率以及温度分布的影响,并与非等温导入方式作对比;3、结合数值模拟结果,实验研究了两种导入方式制得的复合材料板材在结晶度、反应转化率、力学性能等方面性能的差异,并探究了两种导入方式对板材内部质量均匀性的影响;4、根据实验对比结果,进一步研究了不同真空压力、固化温度、固化时间等工艺参数对复合材料制品的微观结构、表观质量、单体转化率、结晶度、力学性能的影响;在8层玻纤、1MPa真空压力、150℃固化温度和90min固化时间条件下弯曲强度和弯曲模量达到最高,分别为273.92MPa和14037.86MPa;剪切强度在170℃固化温度、60min固化时间时达到最大值,为42.73MPa。本课题的研究成果对促进热塑性树脂复合材料VBPM制备技术的发展具有重要的理论指导意义,并能拓展该材料在航空航天、汽车制造、轨道交通的应用。
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