基于VARTM的竹长纤维/环氧树脂复合材料的成型机制及性能调控
批准号:
32071850
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
韩广萍
依托单位:
学科分类:
园林学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
韩广萍
中文摘要
本项目以竹资源的高值利用技术需求为导向,针对天然纤维增强热固性树脂复合材料成型过程中浸渍效果差、制品结构不均匀、成型效率低的共性科学问题,重点围绕竹长纤维/环氧树脂复合材料的真空辅助树脂传递模塑(VARTM)成型机制及性能调控,通过考察树脂体系的流变学性质和固化动力学及其性能调控,结合竹长纤维预成型体的结构设计和界面改性,研究成型工艺条件对复合材料力学性能的影响机制。在此基础之上,通过树脂充模过程的数值模拟,分析树脂粘度、真空度及注射压力对充模过程的影响,揭示成型工艺参数与充模时间及压力分布的相关关系;并结合经典层合板理论,构建复合材料性能与成型工艺相关参数之间的数学模型,在综合平衡成型工艺参数与材料性能关系的基础之上,准确掌握成型工艺调控规律,建立并完善复合材料性能调控体系,旨在解决长期影响竹资源高值利用技术瓶颈背后的基础问题,为竹资源产业化利用及其行业的转型升级提供理论依据和技术支撑。
英文摘要
This project focuses on the value-added utilization technology of bamboo fibers. In view of common problems such as poor resin impregnating in fibers, inhomogeneous structure of final products and low effectiveness in processing thermosetting resin-based composites reinforced with natural fibers, the compounding mechanism and performance control of bamboo long fibers/epoxy resin composites via vacuum assisted resin transfer molding (VARTM) are investigated. Through the study of rheological characteristics and curing kinetics of resin system and its property control, as well as interfacial modification and preformed-mat design, the effect of compounding conditions on the properties of the composites will be investigated. In addition, by numerical simulation in process of resin filling mold, the effect of resin viscosity, vacuum, and injection pressure will be analyzed, the correlation between molding parameters and filling time and pressure distribution will be clarified. With the classical lamination theory, a model explaining the relationship between compounding parameters and composite property will be constructed. The regulation of compounding technology will be further revealed, and the system for controllable composite performance will be finally optimized. The final objective of the project is to solve the fundamental problems of technical bottlenecks which have impacted the value-added utilization of bamboo resources, and to provide theoretical basis and technical support for industrialization utilization of bamboo resources and the transition and promotion of bamboo industry.
本项目以竹资源的高值利用技术需求为导向,以“解决天然纤维增强热固性树脂成型过程中浸渍效果差、制品结构不均匀、成型效率低”为总目标。围绕“竹长纤维(Bamboo Fiber,BF)增强环氧树脂(Epoxy Resins,EP)复合材料的真空辅助树脂传递模塑(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding,VARTM)成型机制及性能调控”这一研究主线,对EP体系配比及固化动力学参数、竹纱线预制体设计、BF表面化学改性、平纹编织竹纤维(Plain Woven Bamboo Fiber,PWBF)/EP复合材料的界面状态及力学性能进行系统研究。研究结果表明:EP配比、流变学性质和固化行为直接影响后续VARTM成型复合材料的各项力学性能指标;润湿剂BYK-358N在不影响EP体系固化的同时,可降低体系的表面张力、黏度及密度,从而利于EP在BF表面的浸润和分布;界面化学改性,如TEMPO和NHPI氧化体系、氨基功能化碳纳米管接枝,通过杂化纤维表面化学键及形貌的方式提升BF/EP复合材料的界面强度;二维编织竹纱线层合角度的铺层设计对BF/EP复合材料横纵向及层间的力学性能影响较大。为预测复合材料在不同外部载荷下的损伤失效行为,采用实验表征和数值模拟建模的方法,开发了高精度中尺度代表体积元(Representative Volume Element,RVE)。在此基础上,采用基于渐进均质化方法的新型多尺度预测策略实现了复合材料在不同载荷作用下的渐进损伤行为。为捕捉复合材料在低速冲击载荷作用下的复杂力学响应和损伤失效机制,基于渐进损伤失效理论、LARC05失效准则和层间粘结单元方法,运用有限元分析软件ABAQUS,结合VUMAT用户子程序,建立了描述复合材料低速冲击损伤失效行为的渐进损伤模型,并将模拟仿真结果与实际试验结果对比,实现了PWBF/EP复合材料在在低速冲击载荷下的力学响应和损伤失效机制的准确预测。本项目的研究成果为高效且性能可控的BF/EP复合材料的成型方法提供理论依据和技术支撑,研究结果对于竹资源的高效利用具有重要的实际应用价值。
功能性纳米复合纤维的静电纺丝制备及调控机理
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批准号:31470580
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项目类别:面上项目
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资助金额:81.0万元
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批准年份:2014
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负责人:韩广萍
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依托单位:
纳米纤维素增强透明高分子复合材料的研究
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批准号:31070505
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项目类别:面上项目
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资助金额:35.0万元
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批准年份:2010
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负责人:韩广萍
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依托单位:
国内基金
海外基金