長繊維強化高分子複合材料の精密プレス成形法の研究

长纤维增强高分子复合材料精密压制成型方法研究

基本信息

批准号：
61550088
负责人：
北條英典
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1986
资助国家：
日本
起止时间：
1986 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

長繊維強化高分子複合材料(以下長繊維FRTPと略称する)の精密プレス成形では、成形品精度や強度の向上と異方性の制御が最大の問題とされている。本研究は、上記問題の支配要因がプレス成形中の長繊維FRTPの流動挙動である点に着目し、試作および市販長繊維FRTPの平板圧縮及び後方押出しを行なった場合の繊維の流動挙動、繊維含有率分布、繊維配向およびフローフロントなどに及ぼす材料、成形條件の影響を理論的、実験的に検討し、精密プレス成形に関する基本的知見を与えた。1.繊維含有率の分布成形中の材料の流れを繊維とマトリックスから成る固液混相流として扱い、繊維とマトリックスの分離を表わす理論式を誘導し、これを平板圧縮および後方押出しに適用して実験と対比し、本理論の妥当性を提示した。さらに、成形品内の繊維含有率の分布を数値解析し、成形速度が大きくなると、繊維含有率分布の変化が少くなることなどを明らかにした。2.繊維の配向繊維に作用する流体抵抗と、繊維相互のからみなどに基因する相互拘束力との釣合いから、流れに伴う繊維の配向を求める理論式を誘導した。本理論を平板圧縮に適用して実験と対比してその妥当性を確かめ、配向は成形速度が大きくなるほど顕著となることなどを明らかにした。3.チャージパターンとフローフロント成形型内の材料のフローフロントを、流動に伴う繊維とマトリックスの分離、繊維の配向およびこれらに基因する粘度の変化とその異方性を考慮に入れて解析する方法を提案し、平板圧縮で実験と極めて良く解析が一致することを示した。以上の諸成果は、本研究によりすべて初めて明らかにされたものである。

在长纤维增强聚合物复合材料（以下简称长纤维FRTP）的精密模压成型中，最大的问题是提高成型品的精度和强度以及控制各向异性。本研究着眼于上述问题的控制因素是长纤维FRTP在压制成型过程中的流动行为，并重点研究了原型和市售长纤维FRTP在进行平板压缩和反向挤压时的流动行为。从理论上和实验上研究了材料和成型条件对含量分布、纤维取向、流动前沿等的影响，提供了精密压制成型的基础知识。 1.纤维含量的分布我们将成型过程中材料的流动视为由纤维和基体组成的固液多相流，推导出表达纤维和基体分离的理论公式，并将其应用于平板压缩和反向挤出。我们通过与实验的比较证明了该理论的有效性。此外，对成型品内的纤维含量分布的数值分析表明，随着成型速度的增加，纤维含量分布的变化变得更小。 2.纤维的取向从作用在纤维上的流体阻力与纤维缠结引起的相互约束力之间的平衡推导了确定纤维因流动而取向的理论公式。我们将该理论应用于平板压缩，并通过与实验比较验证了其有效性，并阐明了随着成形速度的增加，取向变得更加明显。 3. 电荷模式和流动前沿一种分析模具中材料流动前沿的方法，考虑到流动引起的纤维与基体的分离、纤维的取向、由此引起的粘度变化及其各向异性我们提出了这种方法，并表明分析和实验在平板压缩方面非常吻合。上述结果均是本研究首次揭示。