连续纤维展纱工艺研究进展

预浸料作为制备连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTPC)的中间材料,其性能的好坏将对CFRTPC的性能产生直接的影响,而预浸料的性能则是通过树脂浸渍纤维的程度来评判,提高树脂基体的流动性和纤维的展开程度均可以起到提高树脂浸渍纤维的程度。本文就提高纤维的展开程度即展纱工艺,结合国内外相关研究分别对机械展纱、气流展纱、声波展纱、超声波展纱和静电展纱进行了详细的介绍,并对展纱工艺的发展做进一步展望。

超声辅助纤维束展纱效果研究

针对卫星轨道飞行器铺丝用预浸纱要求,开展热熔法制备展纱工艺研究。对比分析超声池和超声杆两种超声辅助方法对浸胶前纤维束展开宽度的影响,研究超声波辅助展纱机理,并结合展纱辊展纱,研究不同展纱方式对纤维束展开宽度及损伤的影响。研究结果表明:由于超声池宽度回缩效应,超声杆法优于超声池法;与展纱辊展纱相比,超声展纱展开宽度增加了18.2%,纤维损伤强度减少了4.03%;两种展纱方式相结合宽度增加至1.66倍,纤维拉伸强度降低至89.14%,两种展纱方式相结合可以提高展纱效率。

直接预浸法制备预浸纱的展纱宽度研究

在直接预浸法制备自动铺丝预浸纱过程中,展纱宽度是影响预浸纱质量的一个关键因素。借助高速数字图像传感器,研究了展纱机构中,纤维束在错位排列的展纱辊/展纱杆上的展开规律和机理。研究结果表明,展纱杆对纤维束的展开作用明显优于展纱辊,纤维张力的增大、纤维束在展纱杆上包角的增大均有利于纤维束的展开;当纤维牵引速率较低时,纤维束的展开宽度随速率的增大而增大;纤维张力利于纤维束的展开,但是过大的张力会使纤维束展开不稳定,宽度波动较大,且易出现劈裂和纤维损伤的缺陷。该研究结果为自动铺丝预浸纱制备工艺提供了指导。

大丝束碳纤维应用及展纱设备研究进展

大丝束碳纤维应用是碳纤维复合材料发展的关键。本文主要介绍了大丝束碳纤维在各领域应用前景;美国卓尔泰克公司(ZOLTEK)为解决大丝束碳纤维展开困难、纤维浸润均匀性差、纤维到产品较低的强度传递和较差的产品外观而进行的设备改进;国内针对大丝束碳纤维应用的展纱设备、树脂体系等方面研究进展。

国内外展纱技术及设备研究进展

与传统碳纤维织物相比,展纱织物可以将纤维在织造前展开,使得纤维在织物中取向直、屈曲少。展纱技术可以制得更为轻薄的织物,并且织物表面平整度进一步提高,最终改善了复合材料的机械性能。本文介绍了展纱技术及目前常用的机械式多组辊筒、声波、超声波以及气流喷射扩纤法原理及相关设备。

展纱织物细观几何模型

在合理的假设基础上,通过建立的展纱织物增强结构二维几何结构模型,预测展纱织物内纤维束屈曲状态,建立展纱织物复合材料的纤维体积分数的理论公式,分析纤维束屈曲率与纤维体积含量之间的关系。理论计算结果与实测值的比较,表明所提出的细观几何模型是合理的。

纤维缠绕工艺中的展纱技术及搭接缠绕

一、纱片展开状态对纤维 缠绕制品的影响 纱片展开状态对纤维缠绕制品有很大影响。多年来的纤维缠绕实践证明,纱片展开的好坏,对纤维缠绕制品不仅影响外观,而且影响产品质量。 纱片的展开状态好,即展开的纱片中纤维呈平面均匀排布,既不重叠也不离缝。在这种状态下,封头的纤维堆积小,缠绕的纱片排列均匀,很少有架空现象,缠绕制品中的纤维内应力也比较均匀,其外观状态也较好,可获得较好质量的产品。

一种热熔法制备预浸纱的展开宽度控制方法

热熔法因其相对简单的工艺过程成为工业制备预浸纱的重要方法,如何控制纤维束的展开宽度以及宽度的稳定是热熔法工艺的重难点。本工作基于机器视觉检测技术搭建实验平台,探究纤维张力、纤维牵引速度、树脂粘度和胶膜厚度四个工艺变量对纤维束展开宽度和展宽稳定性的影响,建立了理论模型并进行了正交试验。结果发现:针对该试验平台,随着纤维张力、纤维运行速度、树脂粘度和胶膜厚度的增加,纤维束的展开宽度有增加的趋势。实验结果与理论模型一致,胶膜厚度对纤维束的展开宽度影响最大,其次是树脂粘度,最后是纤维张力和纤维牵引速度。纤维牵引速度对纤维束展宽稳定性影响最大,纤维牵引速度越大,纤维束展宽稳定性越差。值得注意的是,当树脂粘度为1300 mPa·s、纤维牵引速度为3 m/min、纤维张力为10 N、胶膜厚度为0.6 mm时,纤维束展开宽度最大,且宽度稳定性最好。

碳纤维展纤纱性能研究

采用自行研制的展纤装置,对T700SC-12K-50C、T700SC-24K-50C和ZOLTEK PANEX35-50K三种碳纤维纱线进行展纤处理,并通过浸润性试验装置研究碳纤维原纱与展纤纱的浸润性,利用吹风法评价展纤处理对碳纤维的损伤情况。结果表明展纤纱浸润速度和均匀性都所提高,展纤装置可以保证碳纤维纱线的良好展开,但对碳纤维纱线有一定程度损伤。

连续碳纤维增强热塑性树脂预浸片材制备技术的研究进展

连续碳纤维增强热塑性树脂复合材料(CFRP)由于其优异的性能在汽车轻量化以及航空航天等方面得到广泛应用。介绍了连续碳纤维增强热塑性树脂预浸渍片材制备的研究进展,其分纱工艺包括机械分纱、气流分纱和超声波分纱,浸渍工艺包括熔融浸渍、粉末浸渍和叠层复合,重点对气流展纱技术和粉末浸渍进行了归纳总结,并对工业化应用和发展进行了展望。

上浆剂粒径对碳纤维性能的影响

采用不同粒径的上浆剂,测试其粒径,并观察其稳定性;对不同种类的碳纤维进行上浆处理,测试SEM图像、展纱率、毛丝量、复丝拉伸强度、复合材料拉伸强度和层间剪切强度。结果表明:粒径在100 nm以下的上浆剂稳定性最优,放置一年内粒径没有明显变化;粒径在1000 nm以下的上浆剂在碳纤维表面的分布较均匀;粒径在1000 nm以下上浆剂的碳纤维的展纱率一般,毛丝量较低;使用粒径在1000 nm以下上浆剂的碳纤维层间剪切强度较高;使用三种粒径上浆剂的碳纤维拉伸强度相差不明显,说明拉伸强度与上浆剂的关系较小;干喷湿纺碳纤维的层间剪切强度明显低于湿纺碳纤维。

热熔预浸设备关键技术研究现状

热熔预浸设备是用来生产预浸料的专用设备,被广泛应用于航空航天领域。随着航空航天事业的发展,预浸设备的发展也呈现多样化。本文首先阐述了发展热熔预浸设备的重要意义;其次,详细介绍了预浸设备的结构特点及关键技术,包括三辊涂胶装置的涂胶方式、纱架的张力控制系统、展纱装置的多种展纱形式及顶视监测系统;最后,对热熔预浸设备的发展方向进行展望。

湿法缠绕用绕丝嘴的研究

通过对绕丝嘴展纱机理的分析,设计了三种结构形式的绕丝嘴;分别测试了绕丝嘴在环向和纵向缠绕时的展纱宽度。通过对绕丝嘴展纱的研究,对三轴缠绕机提出了新要求。认为在四轴缠绕机上应用3#绕丝嘴,将更能精确地控制纱带宽。使缠绕工艺能切实地满足产品的结构设计要求。