自增强复合材料

主题

背景

传统的加固技术

自我强化

热成型工艺

原材料欧洲杯足球竞彩

这个过程

连续处理

属性

结束言论

背景

更轻、更小的汽车将是汽车行业的下一个大趋势。这种降低标准轿车重量的动力对材料科学家提出了挑战,要求他们开发出结合低密度和良好机械性能的新材料。欧洲杯足球竞彩为了满足新的苛刻的设计要求,塑料,特别是聚丙烯,被广泛用于汽车的非结构部件。这些材料欧洲杯足球竞彩相对便宜,耐腐蚀,可回收,易于制造成组件形状,提供了各种造型机会。然而,单个聚合物的机械性能,如抗拉强度,通常不足以用于结构应用,并且该材料不能在高温下使用。欧洲杯足球竞彩这就限制了它们在车辆中的使用范围。

传统的加固技术

提高聚合物力学性能的一般方法是将其转化为复合材料。坚硬的纤维(通常是玻璃)增强塑料基体,提高材料的强度和韧性等性能。复合材料在汽车工业中越来越受欢迎,因为它们具有比金属部件更低的重量、耐腐蚀和良好的冲击性能等优点。但是玻璃增强塑料有几个缺点限制了它们的使用。玻璃纤维使材料难以热成型,也防止容易回收。欧洲杯足球竞彩

自我强化

因此,需要一种替代策略,以提高塑料的性能,同时保留了材料可回收性和易于形成的。欧洲杯足球竞彩“自我强化”的塑料能够提供答案。在这些材料中,由玻欧洲杯足球竞彩璃纤维所提供的改进通过增强聚合物相本身的属性,通过控制聚合物链的分子取向来实现。

利兹大学物理系在过去的几年里在这一领域进行了大量的研究,并开发了新的工艺(主要是热拉拔)来控制热塑性塑料中的分子取向,从而改善聚合物的力学性能。在这些热拉拔工艺中,容易达到的分子取向程度在一定程度上取决于被拉拔的横截面面积。高取向的小直径纤维(通常10µm可以相当容易地制成。但是,截欧洲杯足球竞彩面较大的材料通常方向性较差,因此这些较大部件的性能并没有得到很大的改善。

热成型工艺

现在,由于该领域的最新进展,可以生产具有高度定向纤维特性的更大部件。这种新技术被称为热压实工艺,将定向度高、直径小的纤维或胶带加热并挤压在一起,形成厚而均匀的薄片,从而保持原来纤维的很大一部分分子定向。

这一过程的关键是选择合适的温度、时间和压力条件,使每根纤维或胶带表面只有一小部分被熔化。冷却后,这种材料凝固(或再结晶),将结构结合在一起。令人惊讶的发现是,在纤维和胶带的熔化范围内存在一个可用的温度窗口,在这个温度窗口内,足够的熔化材料可以在不破坏定向纤维/胶带结构的情况下良好地压实。将10-20%的原始纤维熔化,可以达到最佳的压实效果,同时也可以保留纤维/胶带的特性。因此,压实是一种将高度拉伸的纤维或胶带的特性转化为大型薄片产品的方法。

雷丁大学进行的研究对热成型过程的机理线索。图1显示了从压实的聚丙烯(PP)片所取的腐蚀部分。该图像显示在右上方的带之间的接合处(这是在图象的平面),并在左下两个带(其是垂直于第一磁带)。交界处,是完全充满已经从原来的磁带融化重结晶的材料。也很明显的是聚丙烯带中的原始取向的结构,这已被保留,即使已发生实质性的熔化。

图1所示。显微照片显示了三块热压聚丙烯胶带之间的连接。

原材料欧洲杯足球竞彩

用于热压缩处理的出发点是从一个特定的聚合物制成的取向的纤维或条带的组件。甲高度拉伸熔纺聚乙烯纤维(商品名Certran,由Hoechst,USA制造)在最初的研究,其通过机械试验及形态学研究的组合建立的热压实过程背后的科学使用。欧洲杯线上买球随着研究向应用为主的地区移动,它成为了熔纺聚乙烯纤维将成为大多数应用过于昂贵清楚。其结果是,最近的研究集中在PP纤维和带,其提供了一个潜在的较低的压实片成本的压实。取向的PP纤维和带的范围已被筛选其压实性能,以及最迄今看好的是织造狭缝由Amoco UK,6082级,平纹制膜。这种机织布PP通常用作土工织物,但研究表明,当压缩成片它给成本VS性能的良好组合。

这个过程

压实是分批进行的。首先,将所需层数的PP编织布放入一个匹配的金属模具(阿莫科等级6082,四层布给出1mm的压实片),然后放入一个热压机,在所需的压实温度下,通常是184°C。压实压力在0.7 mm nm之间-2和2.8MNm-2适用于模具装配。压实压力的作用是三重的,使良好的热传导,防止定向PP带在温度接近材料熔化范围时收缩,并帮助材料巩固。一旦模具组件达到压实温度,则将其放置10分钟,以允许整个PP层甚至熔化。除了这种小规模批量压实程序,大型批量实验已经成功地使用高压釜进行。目前,15张2x1m的薄板可以在一个周期内制成。

连续处理

然而,如果压实聚丙烯材料要得到广泛的工业应用,就必须连续生产。采用双带压机进行了初步试验。在0.7MNm的压力下,压力机设置为183±1°C-2.它可以接收600毫米宽的织布。初试采用两层PP机织布进行斜压,压速为1m.min-1这些参数导致了成功的热压实,良好的压实片被生产在连续的基础上1小时左右。

新材料的另一个重要特性是它能够进行热成形。广泛热成型试验目前正在进行中,探讨了压实PP片材热成型窗口。两种技术看起来非常有前途的,在上述两种物质需要援助,以帮助它来热成型。在150℃的温度相匹配的金属模的第一次使用,而第二个用途助压(或膀胱辅助)真空成型,在150℃的温度和0.56MNm的压力下进行-2

支柱erties

表1显示了压实的PP材料的典型数据表。最令人激动的特性是优秀的冲击强度,这是聚合物或聚合物复合材料所测量的最高的。最近的试验表明,这种高冲击强度保持在低的温度(低至-30℃),这是一个非常重要的结果,因为各向同性PP是在低温下通常发脆。

表1.压实聚丙烯的性质(AMOCO级6082)。

财产

密度(g.cm-3

920

弯曲模量(GN.m-2

3.5

抗弯强度(MN.m-2

87

拉伸模量(GN.m-2

3.5

抗拉强度(MN.m-2

106

Izod缺口冲击强度(J.m-1

> 3000

热偏转温度(℃)

143

热膨胀(°C-1

73年x10-6

结束言论

综上所述,热压PP板材具有优良的性能组合,重量轻,可回收性好,机械性能好,冲击强度好。Vantage Polymers是一家全资拥有的利兹大学公司,已经成立来开发这项技术。一些主要应用的市场试验已经在进行中,包括扬声器锥(刚度和阻尼的结合提供了出色的声学性能),汽车部件(与福特,巴斯尔登的合作项目)和天线罩,它使用了致密聚乙烯纤维,因为它们吸收的电磁辐射非常小,因此可以让飞机的导航信号进出而不会减弱它们。

主要作者:Peter Hine博士和Ian Ward教授

资料来源:《材料欧洲杯足球竞彩世界》,第6卷第10期,608-09页,1998年10月。

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