基于碳纤维自阻加热的热塑性复合材料注射成型机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51905552
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    27.0万
  • 负责人：
    翟瞻宇
  • 依托单位：
    中南大学
  • 学科分类：
    E0508.成形制造
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

It is difficult to meet the requirements from automotive lightweight construction using one material, therefore the economic multi-material lightweight construction were developed. Hybrid continuous fiber reinforced thermoplastics (hybrid composites) are one of the competitive materials because of their excellent mechanical properties，high specific stiffness. However, the integrated manufacturing of hybrid composites using injection molding technology faces more challenges because of high viscosity of thermoplastic matrix. In terms of this challenge, the novel method that injection molding of thermoplastic composites by using the direct resistance heating to carbon fiber is proposed in this proposal. This new processing method for continuous fiber reinforced composites will be further investigated: ①to investigate the self-heating behavior of carbon fiber perform ② to analyze the injection molding process and study the influence of injection pressure on the temperature distribution of carbon fiber perform ③ to investigate the matrix-fiber interface bonding mechanism and interfacial shear strength using Molecular Dynamics method ④ to achieve the fast process of thermoplastic composites according to the above results. The outcomes from this proposal will be expected to provide a new method for the mass production of the hybrid thermoplastic composites.
由于单一材料难以最大程度地满足汽车结构的轻量化要求，纤维增强树脂基复合材料、轻质金属等多材料体系混合是轻量化材料发展的重要趋势。连续纤维增强热塑性复合材料混合结构，凭借其较高的比刚度在汽车领域受到广泛关注。但由于热塑性树脂的粘度太高，采用传统注射成型工艺实现热塑性复合材料混合结构的模内一体化制造难度较大。针对该问题，本项目创新性地提出基于碳纤维自阻加热的热塑性复合材料注射成型方法，并对其成型机理展开研究：①探明碳纤维预制体的自阻加热机制；②分析自阻加热注射成型过程，研究注射压力作用下预制体温度场的分布规律和调控机制；③基于分子动力学理论，研究电-热耦合作用下聚合物-碳纤维的界面粘结机理及强度调控机制；④基于上述理论，实现热塑性复合材料自阻加热注射成型制造。项目可望首次建立自阻加热条件下热塑性复合材料注射成型成性分析理论，为其混合结构的高效、低成本、绿色制造提供新的理论基础与技术支撑。

结项摘要

热塑性复合材料混合结构以连续纤维增强热塑性复合材料为骨架，作为主承力件，短纤维增强的注塑结构作为次承力件，起到连接与吸能的作用，可同时满足汽车零部件对性能和结构的需要，在汽车轻量化领域得到了广泛关注。但由于热塑性树脂的粘度太高，采用传统注射成型工艺实现热塑性复合材料混合结构的模内一体化制造难度较大。针对该问题，本项目提出了基于碳纤维自阻加热的热塑性复合材料注射成型方法。研究了碳纤维预制体自阻加热特性，揭示了电极加持方式、电极材料对碳纤维预制体温度场的分布规律；查明了碳纤维预制体电阻特性随注射压力的演变规律；研究了自阻加热电流强度对碳纤维力学性能及表面物化特性的影响规律，揭示了电-热耦合作用下聚合物-碳纤维界面粘结强度、断裂模式及失效机制；得到了自阻加热条件下聚合物-碳纤维界面强度调控方法；基于上述基础研究，设计并搭建了自阻加热注射成型平台，试制出CF/PP复合材料制件，验证了碳纤维预制体直接模内注射成型工艺的可行性。本项目为热塑性复合材料及其混合结构提供了一种高效、绿色的制造途径，有利于推动高性能热塑性复合材料结构在汽车领域的广泛应用。

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
Molecular Dynamics Simulation on the Effect of Self-Resistance Electric Heating on Carbon Fiber Surface Chemical Properties and Fiber/PP Interfacial Behavior.
自电阻电加热对碳纤维表面化学性能及纤维/PP界面行为影响的分子动力学模拟
  • DOI：
    10.3390/polym14051043
  • 发表时间：
    2022-03-05
  • 期刊：
    Polymers
  • 影响因子：
    5
  • 作者：
    He Q;Liu J;Zhang M;Zhai Z;Jiang B
  • 通讯作者：
    Jiang B
Overmolded hybrid thermoset-thermoplastic structures: Experimental study on the bonding strength of co-curing thermoplastic film onto thermoset composite
包覆成型混合热固性-热塑性结构：共固化热塑性薄膜与热固性复合材料粘合强度的实验研究
  • DOI：
    10.1002/app.53488
  • 发表时间：
    2022-12-01
  • 期刊：
    JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Miao, Tianyu;Ding, Yudong;Zhai, Zhanyu
  • 通讯作者：
    Zhai, Zhanyu
The effect of self-resistance electric heating on the interfacial behavior of injection molded carbon fiber/polypropylene composites through molecular dynamics analysis
通过分子动力学分析自电阻电加热对注塑碳纤维/聚丙烯复合材料界面行为的影响
  • DOI：
    10.1016/j.polymer.2020.122915
  • 发表时间：
    2020-10-20
  • 期刊：
    POLYMER
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Zhang, Muhan;Wang, Xiaoyu;Jiang, Bingyan
  • 通讯作者：
    Jiang, Bingyan
Effect of plasma treatment parameters on the interfacial joining strength of overmolded hybrid fiber reinforced thermoplastic composites
等离子体处理参数对包覆成型混合纤维增强热塑性复合材料界面连接强度的影响
  • DOI：
    10.1002/app.52166
  • 发表时间：
    2022-01
  • 期刊：
    Journal of Applied Polymer Science
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Zhanyu Zhai;Qingzhu He;Liang Fu;Ningfeng Liu;Xianhu Liu;Bingyan Jiang;Mingyong Zhou
  • 通讯作者：
    Mingyong Zhou
Fabrication of continuous carbon fiber reinforced polyamide 6 composites by means of self-resistance electric heating
自电阻电加热制备连续碳纤维增强聚酰胺6复合材料
  • DOI：
    10.1002/pc.26277
  • 发表时间：
    2021-08-26
  • 期刊：
    POLYMER COMPOSITES
  • 影响因子：
    5.2
  • 作者：
    Wang, Xiaoyu;Liu, Yunhuan;Zhai, Zhanyu
  • 通讯作者：
    Zhai, Zhanyu

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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

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          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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