连续玻璃纤维增强PE复合带的研制

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连续纤维增强热塑性复合材料不仅力学性能优异,而且还具有轻质、耐腐的优点,是一种能够有效替代钢材作为结构材料使用的复合材料。当前,随着新兴成型工艺(如拉挤、缠绕等)和产品(如复合管道)的发展,市场对高性能的连续纤维复合带具有巨大的需求。  本文选用连续玻璃纤维作为增强材料,PE作为基体,研究制备连续玻璃纤维增强PE复合带(CGFR-PECT)的生产工艺,并应用数值模拟和实验方法对复合带挤出成型工艺参数进行了分析,设计了制备CGFR-PECT的工业化生产线,并试制出高性能的制品。  以复合共挤理论为基础,将聚合物流变学、流体动力学和塑料成型工艺相结合,设计了一种可将连续玻璃纤维与PE挤出的共挤模具。通过建立模具流道内熔体流动的有限元模型,利用POLYFLOW软件对熔体在模具内的流动规律进行了有限元模拟,获得了熔体在模具内的压力场、速度场和粘度场的分布。研究表明:玻璃纤维的移动降低了模具内的压力,有利于熔体在模具内的流动,对熔体粘度有较大影响;当玻璃纤维的移动速度与熔体挤出速度匹配时,复合共挤制备的复合带质量最好,生产效率最高;当熔体挤出量不同时,与之匹配的玻璃纤维移动速度不同。  根据CGFR-PECT的生产工艺要求,设计了复合带生产线辅助机械设备,包括溶液槽、定型装置、热风干燥箱、张紧装置和分丝装置等。针对热风干燥箱设计,分别建立了不同角度折流板的空气流动模型和不同风口间距的空气流动模型,并利用ANSYSCFX流体分析软件进行了数值模拟。模拟结果表明,在45°折流板和风口间距为0的条件下,热风干燥箱对玻璃纤维的干燥效果较好。  针对CGFR-PECT的生产工艺及性能进行了实验研究。在熔体挤出量一定的条件下,设计并调整挤出速度、牵引速度、风温、模具温度等参数,制备出了CGFR-PECT,并分析了复合带生产过程中常见缺陷及产生的原因。对制备的CGFR-PECT进行拉伸试验,制备的CGFR-PECT力学性能参数优异。
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