碳纤维增强热塑性复合材料热压-注射整体化成形工艺与机理

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51575207
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    67.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0508.成形制造
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The application of continuous carbon fiber reinforced thermoplastic composite is the coming development trend in present industry, and prefabricated composite plates is its main form of preparation. Thermoforming is the main method of molding composite plates into parts. However, the method can’t be employed to mold complex-structure parts, which is the bottleneck for thermoplastic composites molding. In view of that, the project proposes a novel processing method for thermoforming-injection molding integrative forming of carbon-fiber enforced thermoplastic composite, and the key basic problems in this research are as follows:1) the applicant conducts research on the deformation mechanism of carbon fiber enforced thermoplastic composite sheets under large strain, including interaction mechanism between carbon fiber and the matrix, properties of composite plate in different forming stages and constitutive model of material deformation etc. 2) the applicant studies material behaviors and bonding mechanisms on the combination interface of the injection structure and the skeleton, and focuses on the bonding interface morphology development, the dominant factors of molecular chain diffusion and penetration. In addition, a characterization model of the interfacial strength is also studied. 3) The applicant studies the evolution of carbon fiber structure during the molding process and its influence on the performance of the molding parts. Besides, a multi-layer hybrid structure model of the molding parts is built to predict the overall performance of molding parts. Based on the above work, with the thermal compression-injection molding process principles which are needed developing on the basis of process tests, a viable method will be provided for molding complex-structure parts utilizing composite plates. And it’s also significantly meaningful for extension in engineering applications of thermoplastic composites and development of high-performance lightweight manufacturing.
热塑性基连续碳纤维增强复合材料是未来发展方向,预制复合板材是其主要制备形式。热压是将复合板材成形为零件的主要方法,但存在不能成形复杂结构的瓶颈问题。为此,本项目提出一种碳纤维增强热塑性复合材料的热压-注射整体化成形新工艺,重点研究如下关键基础问题:1)大应变条件下纤维增强热塑性复合板形变机理,包括碳纤维与基体的相互影响机制、复合板的分阶段变形特征及表征材料形变过程的本构模型等;2)注射结构与骨架结合界面上的材料行为与粘结机制,重点研究结合界面微观形貌演化、分子链扩散与渗透过程、界面强度的表征模型等;3)成形中纤维结构的演变及其对最终构件性能的影响规律,构建具有多层混合结构整体构件的性能预测模型。基于上述工作,结合工艺研究建立热压-注射成形的工艺准则,将为基于复合板材的复杂结构零构件成形提供一种可行途径,对拓展热塑性基复合材料的工程应用,发展高性能、轻量化成形制造技术具有十分重要的意义。

结项摘要

连续碳纤维增强热塑性复合材料是航空航天、汽车等行业承载件“以塑代钢”,实现轻量化的理想材料,是国际公认的未来发展方向。针对常规工艺不能成形复杂结构特征的瓶颈问题,项目自主研发了一种复杂构件热压-注塑整体化成形新方法,并重点研究了其关键工艺基础问题。首先,项目将亲水官能团-SO3Na成功的引入到芳环,结合热压过程孔隙率建模分析与调控,制备了高性能CF/PEEK复合板材。复合板材的高温变形行为是热压工艺设计的基础,项目深入研究了不同成形条件下CF/PEEK复合板材的变形基础特性和热压成形性能,确定了板材的热压成形极限,并系统阐述了复合板材的变形失效机理。注塑过程复杂构件多层界面的形成对整体性能有关键影响,项目系统分析了复杂构件界面剪切强度影响因素和粘结机理,建立了优化界面粘结强度的工艺准则。数值模拟是成形构件整体性能预测的有效方法,项目建立了编织织物变形过程非线性各项异性特征的次弹性本构模型,结合聚合物粘弹塑性本构模型,准确描述了成形过程的取向变化与成形缺陷,基于细观力学的复合材料性能预测方法与模型,实现不同纤维结构复合材料力学性能的定量预测。基于上述工艺基础研究,项目试制出CF/PEEK典型复杂构件,验证了热压-注塑整体化成形工艺的可行性,为复杂结构整体化成形提供了一种可行途径,对拓展热塑性基复合材料的工程应用,发展高性能、轻量化成形制造技术具有十分重要的意义。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
Experimental investigation and constitutive modeling of the deformation behavior of Poly-Ether-Ether-Ketone at elevated temperatures
聚醚醚酮高温变形行为的实验研究和本构模型
  • DOI:
    10.1016/j.polymertesting.2017.08.020
  • 发表时间:
    2017-10
  • 期刊:
    Polymer Testing
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Bing Zheng;Haitao Wang;Zhigao Huang;Yi Zhang;Huamin Zhou;Dequn Li
  • 通讯作者:
    Dequn Li
Automatic generation of venting system on complex surfaces
复杂表面排气系统自动生成
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    The international journal of advanced manufacturing technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yingming Zhang;Binkui Hou;Qian Wang;Zhigao Huang;Huamin Zhou
  • 通讯作者:
    Huamin Zhou
Effect of Defects on the Thermal Transport across the Graphene/Hexagonal Boron Nitride Interface
缺陷对石墨烯/六方氮化硼界面热传输的影响
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.8b02750
  • 发表时间:
    2018-07-05
  • 期刊:
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Li, Maoyuan;Zheng, Bing;Zhou, Huamin
  • 通讯作者:
    Zhou, Huamin
Flexural Behavior and Fracture Mechanisms of Short Carbon Fiber Reinforced Polyether-Ether-Ketone Composites at Various Ambient Temperatures
不同环境温度下短碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的弯曲行为和断裂机理
  • DOI:
    10.3390/polym11010018
  • 发表时间:
    2019-01-01
  • 期刊:
    POLYMERS
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Zheng, Bing;Deng, Tianzhengxiong;Li, Dequn
  • 通讯作者:
    Li, Dequn
Formability and failure mechanisms of woven CF/PEEK composite sheet in the solid-state thermoforming
编织 CF/PEEK 复合片材固态热成型的成型性和失效机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Polymers
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Bing Zheng;Xipin Gao;Maoyuan Li;Tianzhengxiong Deng;Zhigao Huang;Huamin Zhou;Dequn Li
  • 通讯作者:
    Dequn Li

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其他文献

不同碳源对LiFePO_4_C电化学性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    黄志高
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    无机材料学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘颖;赖发春;黄志高;沈东全;龙西法
  • 通讯作者:
    龙西法
RHCM模具的三维瞬态传热建模与分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李赞;张云;周华民;黄志高
  • 通讯作者:
    黄志高
Ni45.4+xMn41.5-xSn13.1 (x=0 , 1.5 , 3.0) 合金的结构和磁熵变研究
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    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    黄志高
以PVDF 为碳源的Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2C 的电化学性能研究
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    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    常熟理工学院学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余蕊冰;林应斌;朱伟波;黄志高
  • 通讯作者:
    黄志高

其他文献

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黄志高的其他基金

纤维增强热塑性复合材料激光铺放-熔融沉积复合成形工艺基础研究
  • 批准号:
    52175318
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    58 万元
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    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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