短切CF/PEEK复合材料的制备及抗紫外老化性能

CF/PEEK复合材料因轻质高强、耐腐蚀抗老化等特点,在各领域中被广泛应用,而其在成型过程中不可避免地会产生边料、废料,因此针对CF/PEEK回收再利用的研究很有意义。由于PEEK熔点高、溶体粘度大等特点,此类材料回收再利用困难,本工作通过添加一定量的PEEK树脂粉末的方法,改善短切预浸料的热压工艺性,通过紫外线加速老化实验,研究紫外老化对复合材料微观形貌、力学性能等的影响,并结合主成分分析法综合评价短切CF/PEEK复合材料的抗紫外老化性能,为热塑性预浸料和热塑性复合材料制品的回收再利用提供参考。研究结果表明:添加了树脂粉末的复合材料表面质量和力学性能得到明显的提高。试样表面的树脂基体在紫外老化作用下会出现粉化开裂并逐渐脱落的现象,在表面形成孔洞、裂纹等缺陷,紫外老化时间越长,复合材料表面受损越严重,力学性能下降越明显。通过主成分分析法得到,树脂添加量对短切CF/PEEK复合材料的抗紫外老化性能影响不大。

连续CF/PEEK预浸料制造技术研究进展

适合连续碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)预浸料的制造技术有熔融浸渍、粉末悬浮和混编模压,对各技术优缺点进行分析。通过总结各技术的发展现状,提出了熔融浸渍技术发展热点为浸渍模具的改进方法,粉末悬浮技术发展热点为分散系的改进,混编模压技术发展热点为碳纤维与树脂纤维的编织方式。

碳纤维/聚醚醚酮(PEEK)复合材料拉拔制管工艺设计和模拟

从太空制造角度出发,设计了一种碳纤维/聚醚醚酮(PEEK)预浸复合板料拉拔连续制管工艺.综合考虑了预浸复合板料的供料放卷过程、冲压、拉拔成形工步和超声焊接工序,并创造性的提出了卷曲拉挤成型方式.利用Johnson-Cook和Holzapfel-Gasser-Ogden模型构建了一种以PEEK为基体,以碳纤维编织布为增强体相互叠加的材料模型,通过实验数据确定材料参数.采用商业软件ABAQUS对各工序分步进行了地面条件下的有限元数值模拟,分析了预浸复合材料板材在供料放卷、冲压拉拔成形过程中的应力分布,并采用蔡-希尔最大变形能理论证明了本文设计的放卷模具和卷曲成形模具可以进行连续制管.在焊接过程中,分析了预浸料基体PEEK在焊接区域产生的Mises应力分布,证明了超声波焊接方案对管材表面质量的影响较小.模拟结果表明,所设计的连续拉拔制管工艺能够快速有效地生产出表面良好的管材.仿真结果可为后续复合材料在轨拉拔连续制管的工艺设计和制造提供借鉴.

连续纤维增强PEEK预浸带制备中的纤维分散

熔融浸渍工艺制备连续纤维增强PEEK预浸带 ,要求纤维束必须预分散以获得浸渍效果较好的预浸带。本文利用纤维分散装置使纤维分散 ,发现纤维束的总包覆角为 2 70°、纤维张力为 2 5N时 ,纤维可被较好地分散 ;过高的总包覆角和纤维张力容易使纤维磨损程度加剧。

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。

连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸带成型工艺及性能

利用浸渍法制备连续碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)预浸带,对其成型温度、行进线速度进行研究,并测试了CF/PEEK预浸带的热胀系数、拉伸性能,利用SEM扫描电镜观察CF/PEEK预浸带内部界面结合状态。结果显示,预热区、熔融热压区温度分别控制在110~130℃和220~370℃,预浸带行进线速度控制在2 m/min时,制备的预浸带性能较好;在-150^+150℃范围内,CF/PEEK预浸带线胀系数为0.5×10-6/K,并随着纤维体积分数增大而减小;CF/PEEK预浸带最大拉伸强度达到1.81 GPa;SEM扫描电镜显示碳纤维与PEEK界面结合良好。研究显示,CF/PEEK预浸带制备工艺参数可行,CF/PEEK预浸带性能较好,具有工程应用价值。

机械辊子上纤维束展宽模型的建立

制备预浸带需要将纤维束铺展变宽以便于树脂浸润,而牵引张力是纤维束展宽的动力来源,当前纤维束的展宽模型少有涉及牵引张力的影响效果。针对纤维束在机械棍子上的牵引展宽过程,结合受力分析得出纤维束运动系统的输入功及沿轴向、横向上的摩擦消耗功,依据能量守恒原理建立纤维束展宽模型。利用实验室自行搭建的机械棍子预分散装置,对展宽模型进行对比验证与分析。结果表明:牵引张力是纤维束展宽的重要原因,机械辊子个数、半径、光滑程度及纤维束与辊子间的包角都会影响纤维束的展宽,相较于Wilson展宽模型,能量平衡展宽模型能够更好地预测纤维的展开宽度,可用于指导纤维束的预分散过程。