先进复合材料自动铺丝设备研究现状与发展趋势

先进的复合材料由于其高比强度、比模量、大幅减重和良好的耐腐蚀性,已被广泛用于航空航天工业及其他领域。自动铺丝机是实现自动铺丝的必要设备,是影响铺放质量和生产效率的重要环节。因此,研发和改进自动铺丝机,成为制造复合材料复杂构件的最关键的课题之一。本文针对近年来国内外的自动铺丝设备,重点围绕铺丝机机床主体结构、纱架形式、铺丝头压力系统、加热系统与张力系统等方面,对当前自动铺丝机的研究与应用现状进行论述与分析,总结了国内外自动铺丝设备的研究成果,分析了国内外铺丝设备的优势与不足,最后探讨并总结了自动铺丝设备未来的发展趋势,为铺丝机的设计与优化提供了一个参考方向。

国内外复合材料工艺设备发展述评之八——热压罐成型

本文分析了热压罐成型工艺所用设备的发展历程,指出其优缺点,并对今后发展提出建议。

预浸料拉挤成型装备技术研究

以预浸料拉挤成型为需求背景,研究了先进拉挤装备技术。较详细地介绍了:①预浸料拉挤工艺流程,设备的设计思路;②设备的组成部分:预成型装置、热压成型装置、牵引夹持装置,及其工作原理和主要特点。重点介绍了热压成型装置,该装置采用了倍力气缸加杠杆的压力机构,既达到了所需压力,又节约了成本;③控制系统采用PLC作为控制核心实现了成型过程的可靠控制。试制的系统运行平稳且成本低,既可作为预浸带拉挤试验装置的原理样机,又可为制造工艺研究提供手段。

热熔法预浸料制备工艺研究

本文简要介绍了热熔法制备预浸料制备工艺 ,着重阐述了辊面温度、运行速度、压力等因素对预浸料纤维浸润性的影响 。

宽幅热熔预浸复合材料生产设备的研制

介绍了使用热熔预浸复合材料的主要领域和国内首创的用二步法生产宽幅热熔预浸复合材料的2台主要设备——1250热熔胶膜机及1250热熔预浸机的主要部件的结构,及该设备开发成功的重要意义。

树脂粘度计算机测控系统研制

在纤维增强塑料(FRP)制品生产过程(如纤维缠绕、预浸料和挤拉等生产工艺)中,树脂粘度的在线测量和控制一直都是较难解决的问题,它涉及到测量方法和控制策略的选择。根据当前实际情况,提出了采用模糊控制技术对树脂粘度进行控制的方案,不仅编程调试简单、系统响应快,而且能通过控制界面随时改变模糊控制器的参数设定值,得到很好的控制效果。

Curing kinetics and mechanical properties of bio-based composite using rosin-sourced anhydrides as curing agent for hot-melt prepreg

In this study, a novel bio-based thermosetting system has been developed from epoxy resin （EP）, with rosin-sourced anhydrides （maleopimaric acid, RAM） as curing agent and imidazole type latent catalyst （two amino imidazole salt complex, IMA）, to be used as matrix for hot-melt prepreg curing at mid-temperature. For comparison, the epoxy resin system with petroleum sourced hardener methylhexahydrophthalicanhydride （MHHPA） was also examined. The curing behaviour and mechanism were investigated by non-isothermal differential scanning calorimeter （DSC） analysis and Fourier transform infrared （FTIR） spectra. The results showed that the curing course of bio-based epoxy resin system containing RAM included two stages, which were the reaction between the free carboxyl group of RAM and oxirane ring under the acceleration of IMA, and the main reaction attributed to the reaction between anhydride and oxirane. According to Kissinger method, the reaction activation energy （E,） of two stages were 68.9 and 86.5kJmo1-1, respectively. The Eo of EP/MHHPA and EP/IMA resin system were 81.04 and 77.9kJmol-I. The processing property of EP/RAM/IMA system, i.e. the relationship between viscosity-temperature-time, was characterized by cone-plate viscometer aim to decide the processing parameter ofprepreg preparation. The effect of RAM content on mechanical performance and dynamic mechanical property was investigated. Noteworthily, compared with the laminates with EP/MHHPA as matrix, the laminates with RAM as hardeners achieved a 44%, 73% and 70℃ increase in bending strength, bending modulus and the glass transition temperature, respectively, due to the bulky hydrogenated phenanthrene ring structure incorporated into the cross-linking networks. When the fiber volume fraction reached 47%, the mechanical property of the laminates prepared with hot melt prepreg was superior or comparable to that of composites with pure petroleum sourced matrix. RAM as cross-linking agent of epoxy resin holds a great potential to satisfy the requirement of composites such as structure and secondary structure parts preparation.

基于机器视觉的碳纤维预浸料表面缺陷检测方法

针对碳纤维预浸料表面缺陷人工检测方法效率低、成本高、实时性差等问题,提出基于机器视觉的碳纤维预浸料表面缺陷自动检测方法。首先,在碳纤维预浸料生产线上,采用2台高分辨率线扫描相机快速连续采集图像,从中随机选择带有缺陷的图像1000张;其次,基于大气光散射模型对图像进行去雾增强处理,以消除白色树脂的干扰;然后,改进具有19个卷积层和5个最大值池化层的YOLOv2目标检测算法,用于缺陷的检测;最后,对预处理后的图像进行网络训练提取图像特征,识别图像目标,并对训练好的网络进行实验验证。结果表明:该方法在复杂的工业环境下,具有较高的识别精度和鲁棒性,识别成功率达到94%以上,且每张图像的检测时间不超过0.1 s,可满足工业生产中精度和实时性要求。

基于机器视觉的光纤智能碳纤维构件路径识别方法

为获取布设在碳纤维预浸料内的光纤路径,提出一种基于机器视觉的光纤路径提取方法。首先,利用Forstner特征提取算子提取各分段图像上的光纤特征点,并对相邻的图像进行逐次拼接;然后,获得构件全景图像,并采用最大类间方差法分别提取所需区域图像;最后,通过快速傅立叶变换去除纹理噪音,并利用线条提取算子获得光纤完整路径。实验表明:运用该方法获得的完整光纤路径与实际吻合。

半固化材料裁切机对辊送料跑偏机理分析及应对

通过对半固化片(PP)裁切加工对辊送料中对辊组件的受力分析,得出组件的压力分布及摩擦力分布规律,进而优化机器组件结构,从结构上找出解决半固化PP材料裁切送料跑偏方法,达到了设备稳定生产要求。

赛艇用预浸料的研制

以先进的碳纤维、芳纶纤维和高性能的环氧树脂为原料,研制适于制造赛艇的预浸料,介绍制备设备和技术,分析表明树脂溶液浓度和预浸料的线速度是影响预浸料树脂含量的因素,改进浸渍工艺后赛艇质量和性能有明显改善。

半固化片激光加热分切技术的研究及应用

为解决半固化片分切刃口不平整、出现粉尘和树脂发黑的问题,本文创新性地提出了将传统机械分切与激光加热结合的激光加热分切技术,并将激光加热技术用于自动裁切机上,完成了自动裁切机中纵切与横切这两个关键主体的结构设计,并通过PLC来精确控制分切与加热的同步进行。实验的分切效果验证了激光加热分切技术的可行性,为半固化片分切行业提出了新的研究思路。