微孔发泡连续纤维增强热塑性单聚合物复合材料制品的注射成型机理研究

Combining CFRTPC (continuous fiber reinforced thermoplastic polymer composites) , microcellular foamed polymers and SPCs (single polymer composites), we can design the M-CFRT-SPC (microcellular continuous fiber reinforced thermoplastic single polymer composite) products which have lightweight, high strength and good recyclability. The matrix and reinforcement of the M-CFRT-SPC are from the same polymer, and the impregnating matrix to the reinforcement is polymer/supercritical fluid. The M-CFRT-SPC products can be prepared rapidly by the combination of microcellular foaming and insert injection molding. The polymer/supercritical fluid has better impregnating performance and the pressure generated during cell growth helps to improve the interfacial adhesion. This project uses PP (polypropylene) as the basic material, mainly studies the mechanism of microcellular insert injection molding of M-CFRT-SPC products, and focuses on how to improve the impregnating behavior of matrix during rapid molding and adjust the internal morphology of the matrix, reinforcement and microcells. The formation process of the multiphase system of matrix, reinforcement and microcells will be inveistigated. The influence rules of the physical properties of materials, equipment structure and process conditions will be explored. The regulation mechanism for interfaces of the multiphase system of matrix, reinforcement and microcells will be studied. The research results and achievements can be the scientific basic for the preparation of the ideal M-CFRT-SPC products.

结合连续纤维增强热塑性聚合物复合材料(CFRTPC)、微孔发泡聚合物材料和单聚合物复合材料(SPC)，以与基体材料相同的聚合物纤维为增强相，用聚合物/超临界流体体系浸渍，可构建一种轻质、高强、好回收的微孔发泡连续纤维增强热塑性单聚合物复合材料(M-CFRT-SPC)制品。采用微孔发泡嵌件注射成型可快速制备M-CFRT-SPC制品，聚合物/超临界流体具有更好的浸渍性能，泡孔生长产生压力有助于提高界面粘结性能。本课题拟以聚丙烯(PP)为基础材料，开展M-CFRT-SPC制品的微孔发泡嵌件注射成型机理研究，着重解决如何在快速成型过程中提高基体的浸渍性能同时调控制品内部基体、增强体和微孔间界面形态结构的科学问题，研究基体、增强体和微孔多相体系的形成过程，探明物性参数、设备结构、工艺条件的影响规律，掌握基体、增强体和微孔多相体系的界面调控机制，为理想M-CFRT-SPC制品的制备提供科学基础。

结合连续纤维增强热塑性聚合物复合材料(CFRTPC)、微孔发泡聚合物材料和单聚合物复合材料(SPC)，以与基体材料相同的聚合物纤维为增强相，用聚合物/超临界流体体系浸渍，构建了一种轻质、高强、好回收的微孔发泡连续纤维增强热塑性单聚合物复合材料(M-CFRT-SPC)制品。采用微孔发泡嵌件注射成型可制备M-CFRT-SPC制品，聚合物/超临界流体具有更好的浸渍性能，泡孔生长产生压力有助于提高界面粘结性能。本课题以聚丙烯(PP)为基础材料，开展了M-CFRT-SPC制品的微孔发泡嵌件注射成型机理研究工作，着重解决了如何在快速成型过程中提高基体的浸渍性能同时调控制品内部基体、增强体和微孔间界面形态结构的科学问题，以聚合物流变学与结晶动力学及调控制备同质异构的聚合物复合材料制品为科学本质，开发了可快速成型轻质高强好回收的M-CFRT-SPC制品注射成型新技术，通过流变测试和微发泡注塑调控实验研究了聚合物/超临界流体体系的流变性能和热动力学行为及其调控机制，通过计算机辅助设计与数值模拟预测评价方法完成了嵌件式微孔发泡注射成型模腔及结构设计，通过注射成型参数调控技术研究实现了聚合物/超临界流体体系包覆渗透连续纤维增强体嵌件的过程调控，通过材料性能表征实验研究了制品密度、热力学性能、泡孔结构、界面形态。制备的M-CFRT-SPC制品的密度低于无增强PP、传统纤维增强PP复合材料及微孔发泡PP复合材料制品，力学性能超过了无增强PP制品，达到甚至超过了部分传统纤维增强PP微孔发泡复合材料制品。研究了基体、增强体和微孔多相体系的形成过程，探明了物性参数、设备结构、工艺条件的影响规律，掌握了基体、增强体和微孔多相体系的界面调控机制，为其他M-CFRT-SPC成型提供了理论依据和技术支持。发表学术论文22篇，其中SCI论文13篇，EI论文3篇，EI会议论文2篇；担任国际期刊特刊客座编辑2项；申请发明专利5项，获授权实用新型专利1项；参加国内外学术会议7人次，项目负责人做特邀报告4次，担任会议主持1次；获北京市科技进步二等奖；培养研究生8名。