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为了应对能源危机及全球变暖问题,轻量化已然成为汽车行业发展的重要前沿技术之一,为新型高性能轻量化材料的研发及应用提出了迫切需求。其中连续碳纤维增强热塑性复合材料(Continous Carbon Fiber Reinforced Thermoplastical Polymer,简称CCFRTP),因其优异的机械性能、耐高温、耐腐蚀等特性而备受关注。但是,其制备工艺仍面临或存在熔融态树脂粘度大、纤维束浸渍困难等问题。目前,世界工业发达国家德国、美国等对CCFRTP预浸料的生产都已实现了商品化供应,且价格昂贵、对我国进行技术封锁。国内在这方面虽然也开展了大量的研究,但仍处于实验室试制阶段,尚未取得根本性突破。因此,本课题拟围绕基于微突起阵列辅助开纤的CCFRTP预浸料制备工艺原理的提出及实现开展研究,旨在阐明CCFRTP预浸料制备过程中的树脂浸渍纤维束的熔融浸渍理论,探明主要工艺参数对CCFRTP预浸料浸渍效果的影响规律和机理,得到CCFRTP预浸料质量及性能调控方法。主要内容如下:(1)介绍了连续碳纤维增强热塑性预浸料的熔融流体浸渍模型、描述树脂沿连续纤维束径向流动的渗透率方程、反映树脂浸渍纤维束的深度与渗透率、压降、浸渍时间、熔融树脂粘度间的关系模型,为进一步分析工艺参数对CCFRTP预浸料浸渍效果的影响提供理论基础。(2)提出了基于微突起阵列辅助开纤的CCFRTP预浸料制备工艺原理,采用激光打孔法加工带微凹坑阵列的金属模具,并在其上翻制出带微突起阵列的树脂薄片,利用树脂薄片上的微突起阵列对连续碳纤维束形成的钉扎效应,实现纤维束的二次开纤,改善了基体树脂对连续碳纤维束的浸渍效果。(3)基于连续纤维切割、包埋熔融态树脂基体原理,研发相应的CCFRTP预浸料制备实验装置,完成装置原型设计及关键零部件强度校核,结合微突起阵列二次开纤的作用,实现了CCFRTP预浸料的成功制备,为下文研究CCFRTP预浸料浸渍效果改善方法提供原材料。(4)研究了树脂基体浸渍区域长度对纤维束包埋情况及预浸料浸渍效果的影响规律,结果表明:树脂薄片浸渍区域长度小于或等于80mm时,连续碳纤维束能够被熔融态树脂完全包埋,临界长度在小于或等于60mm时,所制备的CCFRTP预浸料的浸渍效果较理想,且树脂浸渍区域越短,预浸料浸渍效果越好。(5)分析了主要微突起特征参数对CCFRTP预浸料浸渍情况的影响规律及影响机理,结果表明:用深径比γ<1.00(0.8~0.9)的微凹坑阵列金属模具,翻制出的带有微突起阵列特征的树脂基体薄片,能够实现对碳纤维束的理想浸润和包埋,并且在γ值不变的情况下,增大金属模具微孔直径,有利于保证局部区域浸渍纤维束所需的树脂含量,提高预浸料的浸渍效果。(6)通过对工艺参数及微突起特征参数的优化组合的研究,获得了CCFRTP预浸料的质量及性能调控方法,对CCFRTP预浸料样品的热学和力学性能测试表明:采用优选工艺方案制备的CCFRTP预浸料样品,与其树脂基体参照样品相比,熔融温度提高不明显(约0.81%),有利于CCFRTP预浸料热成型;热分解温度提升约10.35%、平均拉伸断裂强度提高约78.29%、断裂吸能性提高约28.25%,表明用CCFRTP预浸料制得的构件有望于获得更好的热、力学综合性能。