通过调节工艺参数控制热熔法制备的自动铺丝预浸纱的展开质量

热熔法是高效制备自动铺丝预浸纱的方法,如何保证纤维展开充分、展宽稳定,是预浸纱制备技术的工程难点。本工作在机器视觉检测技术的基础上,以现有的热熔手段作为前提,对自动铺丝预浸纱制备的整体方法进行了分析,搭建了试验平台,研究了预浸纱展开质量的主要工艺参数。利用正交试验分析树脂加热温度、纤维牵引速率、纤维张力及胶膜厚度对预浸纱宽度的影响,进而取得最佳的结合方案。结果表明,胶膜厚度对预浸纱宽度的影响最大,其次为树脂加热温度,第三为纤维张力,纤维牵引速率的影响最小。针对航天用氰酸酯树脂,影响因素的最优组合分别为胶膜厚度0.6 mm,树脂加热温度90℃,纤维张力2 N,纤维牵引速率4 m/min。

基于热熔法的铺丝用预浸纱含胶量控制

针对轨道飞行器用高模量碳纤维复合材料品种多、批量小、质量要求高的特点,研究自动铺丝用预浸纱制备的质量控制方法。研究了直接热熔法中不同工艺参数对预浸纱含胶量的影响规律,运用正交试验定量分析了诸因素的影响程度,研究结果表明:限位辊与擦胶辊间隙对含胶量的影响最大,其次分别为收卷速率、树脂温度、差速比、放纱张力;制备HS40/CY-10W高模量碳纤维/氰酸酯预浸纱的最优工艺参数为:两辊间隙0.15mm、收卷速率12.56m/min、树脂温度100℃、差速比60%、放纱张力13N。制备的预浸纱宽度稳定、含胶量为34.0±1.0%、离散系数≤0.79%,满足铺丝用精密预浸纱要求。

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。

国内外预浸纱制备技术及质量控制

预浸纱是制备复合材料的中间材料,其制备技术直接影响到复合材料制品的质量。同时,在生产过程中,严格控制预浸纱的质量,预浸纱最优性能才能基本保证。综述了目前国内外有关预浸纱制备技术,包括溶液浸渍法、熔融树脂法、树脂薄膜法、粉末浸渍法。阐述了预浸纱的质量控制环节。

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。

T700/PEEK热塑性自动铺放预浸纱制备质量控制及性能研究

为满足高性能热塑性复合材料自动铺丝(AFP)成型工艺的原材料需求,研究了粉末悬浮法浸渍制备T700/PEEK预浸纱关键工艺参数及预浸料性能,分析聚醚醚酮PEEK浸渍连续碳纤维过程中不同工艺参数(悬浊液浓度、超声功率、张力、牵引速率、浸渍温度、辊压温度及压辊间隙)对预浸纱质量的影响规律,利用扫描电子显微镜(SEM)观察T700/PEEK预浸纱内部孔隙率及界面结合状态,将粉末悬浮法制备的T700/PEEK预浸纱模压制备了热塑性复合材料单向层合板试样,并测试了其热塑性复合材料层间剪切强度和拉伸强度。研究结果表明:预浸纱含胶量与粉末悬浮液浓度变化线性正相关,且随超声功率的增大而升高;浸渍过程中伴随温度的升高以及牵引速率的减小,预浸纱宽度变小、孔隙率降低,随着张力的增大,预浸纱宽度增大、孔隙率降低;辊压成型过程中随着温度的提高以及压辊间隙的减小,预浸纱宽度增大、孔隙率降低。综合考虑各工艺参数的影响规律,获得优化的热塑性预浸纱制备工艺参数:浸渍温度为360~370℃,辊压温度为330℃,压辊间隙为0.1mm,牵引速率为15~20mm/s,张力为7N。扫描电镜结果显示树脂与纤维界面结合紧密,复合材料的孔隙率可降低至1.8%,复合材料层间剪切强度为73.43 MPa,纵向拉伸强度达1.71GPa。

干法缠绕用预浸纱制备工艺优化及其性能

干法缠绕是缠绕成型工艺的重要分支,其缠绕过程含胶量均匀、缠绕效率高、环境污染小,更容易实现工业自动化生产。开发具有良好加工性能的预浸纱,对干法缠绕的推广应用具有重要意义。通过动态DSC和恒温DSC,结合流变测试,研究了所用环氧树脂体系固化特性,基于自催化模型建立树脂固化反应动力学方程,并与实测固化度对比验证。搭建预浸纱制备平台,采用改进热熔法制备干法缠绕用预浸纱,分析制备过程中不同固化度对预浸纱表面质量的影响。在此基础上通过响应面法分析不同工艺参数(纱架张力、收卷速率、烘道温度)对预浸纱含胶量的影响。结果表明:自催化模型与实验结果基本吻合,适用于干法缠绕预浸纱最佳固化度范围为5%~10%,对含胶量影响最大的因子是收卷速率,其次是放纱张力,烘道温度影响最小。综合考虑各工艺参数影响规律,获得优化的制备工艺参数:烘道温度为180℃,收卷速率为8 m/min,放纱张力为6 N,此时树脂含胶量为30.1wt%。NOL环拉伸强度可达2536.1 MPa,拉伸模量为162.3 GPa,层间剪切强度为57.3 MPa。

高模量碳纤维低损伤一步预浸缠绕技术

介绍了针对采用高模量碳纤维缠绕时损伤严重而研制的一项新技术。通过无辊浸胶系统和纤维浸胶后烘道加热装置 ,不但降低预浸纱制备和退纱缠绕所造成较大的纤维损伤 ,而且可以实现预浸纱含胶量精确控制及连续浸胶和缠绕 ,同时大大提高了缠绕效率。

M46J高模量碳纤维预浸QY8911纤维束性能研究

以航空发动机应用为背景 ,研究了 M4 6 J/ QY891 1缠绕复合材料的预浸纱制备方法及性能 ,根据 M4 6 J特性 ,对现有的 GB332 6中纤维束力学性能测试试样的加强方式进行了改进 ,制作了 M4 6 J浸渍 QY891 1树脂的纤维束试样并测试其力学性能 ,同时与 M4 6 J浸渍环氧树脂的纤维束的力学性能进行比较。研究表明 ,不同树脂特性。

固体火箭发动机壳体干法缠绕成型技术研究

相比传统湿法缠绕成型工艺,干法缠绕环保清洁,无树脂污染,可以解决去手工化问题,提高生产效率,同时精确控制预浸料树脂含量,提高产品质量的可靠性,具有诸多优点,有望成为未来固体火箭发动机复合材料壳体缠绕成型工艺技术的主流方向。本文以T700丝束预浸纱为原料,通过干法缠绕制备了单向板及NOL环试样,与湿法缠绕试样相比,拉伸性能略低,层间剪切强度较高。最后在固体缩比发动机壳体上进行了干法缠绕应用,壳体爆破压力达到12.15MPa,纤维强度发挥率达到85%。

国产碳纤维干法缠绕成型工艺研究

开发了一套预浸纱制备系统,可快速、无损制备干法缠绕预浸纱。通过预浸纱树脂性能测试,明确预浸纱固化工艺为:90℃/2h→120℃/2h。通过对预浸纱复合材料进行测试,验证预浸纱干法缠绕成型工艺可行性。最后,采用6.8L铝内胆干法缠绕制备复合材料气瓶,气瓶水压爆破压力达到118.9MPa。经计算,干法缠绕复合材料气瓶纤维强度发挥率0.91,高于湿法缠绕纤维强度发挥率。

复合材料与汽车(三)

缠绕成型工艺和技术。缠绕成型工艺（Filament Winding）是在控制纤维张力和预定线型的条件下，将浸过树脂胶液的连续纤维（或布带、预浸纱）按照一定规律连续地缠绕到相应于制品内腔尺寸的芯模或内衬上，然后在室温或加热条件下使之固化、脱模，获得一定形状汽车复合材料制品的工艺。