碳纤维/聚酰胺6预浸带热塑性拉挤成型新工艺的实验与数值分析

摘要整理

纤维增强热塑性复合材料因其可重塑性、可回收性、高韧性和耐久性，被视为钢筋的理想替代品，有望提升服役性能和使用寿命。本研究开发了一种基于预浸带的热塑性拉挤成型工艺，成功制备了直径6 mm的碳纤维/聚酰胺6（CF/PA6）棒材，采用CF/PA6预浸带，拉挤速度分别为0.2、0.5和0.8 m/min。通过测试和分析CF/PA6棒材的温度场、动态黏度、微观形貌和力学性能，研究了拉挤速度对表面质量和固化程度的影响。结果表明，采用动态网格技术模拟的温度场与实际温度场吻合良好。在0.2 m/min拉挤速度下，获得最优表面质量（Sa = 0.46 μm），这是由于PA6树脂动态黏度增加，增强了复合材料与冷却模腔间的剪切应力。同时，该速度下孔隙率最低（0.7%）。拉挤速度增加会缩短CF/PA6复合材料的加热时间，导致内部预浸带未充分固化，孔隙率随之增加。在0.5 m/min和0.8 m/min拉挤速度下制备的CF/PA6棒材，弯曲强度分别下降20.7%和28.6%，弯曲模量分别下降5.8%和15.2%，层间剪切强度分别下降6.6%和23.1%。研究表明动态黏度是影响表面质量的主要因素，预浸带的未固化是导致孔隙率增加的关键原因。

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