国产T800级碳纤维环氧预浸料室温储存性能

预浸料在室温下的老化会导致预浸料理化性能与工艺性能的变化,甚至对复合材料构件的质量产生不利影响。为研究新一代国产T800级高韧性AC531环氧预浸料的室温储存性能,考察了室温储存时间对单向带与织物预浸料的树脂流动度、挥发份含量、固化反应程度以及黏性的影响,并且使用不同储存时间的预浸料制备了大厚度、大曲率L型复合材料构件,对复合材料构件的内部质量、单层固化厚度以及力学性能进行了测试。结果表明,室温储存30 d后,预浸料的树脂流动度略有降低,挥发份含量略有升高,固化度上升,单向带预浸料黏性等级变为4级,织物预浸料黏性等级变为3级,预浸料的工艺性降低,织物预浸料的黏性保持期优于单向带预浸料。储存30 d后的预浸料制备的大厚度大曲率L型复合材料构件,仍具有较高的内部质量,单层固化厚度满足要求,复合材料的弯曲强度与层间剪切强度几乎保持不变。

高性能预浸料粘性定量测试评价技术浅析

自动铺放技术的发展提高了对预浸料粘性重要性的认识,预浸料粘性的定量测试表征方法得到了广泛关注与研究。本文总结归纳了预浸料粘性的本质特性--粘弹特性,对比分析了各类预浸料粘性定量测试方法的优缺点,提出采用压拉法是评价预浸料粘性水平比较合理的定量测试方法,分析了压拉法测试预浸料粘性需要解决的关键技术问题。

NY9200GA树脂体系预浸料自动铺放粘结性工艺研究

为研究NY9200GA环氧树脂体系预浸料的自动铺放粘结性工艺特性,采用自行设计的预浸料粘结性测试装置,通过单因素试验,研究不同铺放工艺条件下预浸料的层间粘结性变化规律;运用正交试验法确定各铺放工艺参数对粘结性的影响程度。结果表明,随着铺放温度的升高,预浸料层间粘结性先增大后降低,在温度为40℃时粘结性出现峰值;铺放压力的增大和速度的减小均会增加预浸料层间的粘结性;温度对预浸料层间粘结性值的影响最大,压力的影响次之。此外,预浸料层间粘结性与放置时间和纤维方向有关,在室温环境中存放的时间越长,预浸料层间的粘结性越低;随着相邻铺层间纤维夹角的增加,预浸料层间粘结性也逐渐增加,其中0°/90°铺层间粘结性是0°/0°的近两倍。

预浸料的铺放适宜性评价(一)--粘性篇

在自动铺带成型过程中,粘性和铺覆性是用于描述预浸料是否适合铺贴的两个重要因素,将粘性和铺覆性分别独立地研究能更好地理解预浸料的铺放适宜性。本文主要是针对预浸料的粘性进行探索,论述了预浸料粘性的物理意义,总结了当前国内外预浸料粘性的测量及表征方法,提出了以"平均剥离力"定量表征预浸料的粘性,并在自主搭建的试验平台上,研究了自动铺带成型过程中的主要工艺参数(取出时间、铺放压力、铺放速率、热风温度等)对预浸料粘性的影响。实验结果表明,在一定范围内,预浸料的粘性随取出时间先增大后减小,而随铺放压力的增加、铺放速率的减小、热风温度的升高而增大,为自动铺带工艺参数的控制提供了参考。

树脂η*和T_g对C/E预浸料黏性的表征

针对复合材料预浸料工艺性缺少可量化表征方法的现状,研究了4种C/E预浸料的黏性及其环氧树脂体系的物理特性。发现预浸料黏性可以通过环氧树脂体系动态复数黏度η*和T_g两个物理量表征,环氧树脂的η*=35 kPa·s附近,T_g=0℃附近预浸料黏性较为合适。

环境时效对预浸料自动铺放工艺粘性的影响

预浸料表面粘性是复合材料自动铺丝成型和自动铺带成型质量的重要影响因素之一。本文采用一种新研制的自动铺放装置和单向预浸带剥离力测试夹具,测试了碳纤维增强环氧预浸料在不同暴露温度和暴露时间的表面粘性,得到了预浸料表面粘性随暴露温度和暴露时间的变化规律。试验结果表明,相同暴露温度下预浸料的表面粘性随暴露时间的增长而降低,并呈现较好的线性关系;暴露温度越高,表面粘性下降速率越大。根据不同暴露温度下预浸料表面粘性变化斜率,给出了用于指导工程应用的预浸料等效暴露单位的换算方法。

面向高速铺放预浸料层间粘结性能研究

为了研究自动铺放过程中预浸料层间粘结性能与铺放工艺的关系,自行设计了一套模拟高速铺放过程的预浸料粘结性能测试系统,采用自动铺放和剥离实验分开进行的"两步法"作为粘结性能的测试方法。利用该测试方法研究了CCF300/BA9916-2环氧树脂预浸料的自动铺放粘结性能工艺特性,采用单因素实验,研究了不同铺放工艺参数对预浸料层间粘结性能的影响规律,并运用正交实验,确定了各铺放工艺参数对预浸料层间粘结性能的影响程度。实验结果表明,预浸料层间粘结性能随着铺放压力和铺放温度的增大而增大,随着铺放速度的增大而减小。铺放温度对预浸料层间粘结性能影响最为显著,其次为铺放压力,铺放速度影响最小。

面向自动铺放的预浸料动态黏性实验研究

为解决自动铺放过程中预浸料铺贴适宜性问题,以预浸料对模具黏附性及预浸料自身黏附性为考察对象,试制了一套基于剥离实验的动态黏性测试装置,并结合本装置对剥离实验机理加以分析。采用固定其中2种参数,考察第3种参数法研究压力和温度对预浸料与模具及自身黏附性行为的影响。结果表明,2种模式下随着压力的增大,动态刚度值和黏性值均增大;随着温度的升高,动态刚度值降低,黏性值先增大后降低。该研究结果为后续自动铺放工艺研究奠定了理论基础。

基于探针试验的预浸料黏性内聚力模型

以预浸料黏性为研究对象,通过探针试验,研究了预浸料铺放过程中预浸料与模具之间的脱粘失效行为及其随铺放工艺参数的变化规律。试验中发现铺放速率、压力和温度对预浸料黏性行为影响显著,且存在界面失效(低温)和内聚失效(高温)两种失效模式。针对这一现象,采用指数内聚力模型(CZM)表征了预浸料的黏性行为,利用该模型描述了不同铺放温度下粘结层应力快速上升、损伤扩展和最终失效的脱粘过程,定量地给出了黏性CZM参数与铺放工艺参数之间的关系。研究结果表明,预浸料粘结强度和特征位移均随铺放速率增加而近似线性减小,均随铺放压力增加而近似线性增大。随铺放温度的增加,黏性CZM参数先增大后减小,近似呈二次关系。为制定特定铺放条件下的铺放工艺规划提供参考。

铺放工艺参数对预浸料丝束曲线铺贴质量的影响

为研究铺放工艺参数对复合材料预浸料丝束曲线铺贴质量的影响规律及作用机制,首先自主设计并搭建了可模拟铺丝机曲线铺贴运动的试验平台,进行了变铺放工艺参数与变铺放半径的预浸料丝束曲线铺贴试验。通过测量计算有效贴合长度比、褶皱角度及曲率半径比,并结合变铺放工艺参数的单因素剥离试验对铺放质量进行了表征。结果表明:曲线铺贴质量与预浸料丝束黏结力及弯曲刚度密切相关;随铺放温度、压力和张力增大、铺放速率减小,丝束黏结力上升,曲线铺贴质量提高;铺放温度升高引起的丝束弯曲刚度下降可提升曲线铺贴准确性,但过高的铺放温度会导致丝束黏性下降,曲线铺贴缺陷显著;铺放张力会改变丝束的受力状态,进而影响曲线铺贴路径的准确性;此外,曲线铺贴半径越小,铺放质量对工艺参数的变化越敏感。

碳纤维增强双马来酰亚胺树脂预浸料铺覆黏性及其储存老化行为

将碳纤维增强双马来酰亚胺树脂预浸料CCM40J/HT-280分别置于4种储存环境(真空、N2、O2、空气)进行室温老化实验,研究了预浸料铺覆黏性与储存环境和老化时间的关系,对不同环境下黏性失效前后的样品进行了DSC、流变、红外光谱分析。针对不同黏性级别的预浸料,采用热压罐成型工艺制备了复合材料层合板,对层合板内部成型质量及复合材料力学性能进行了研究。结果表明,真空和N2环境储存下的CCM40J/HT-280预浸料黏性失效周期相比于O2与空气中的样品延长约40%。DSC和流变测试结果表明,老化后树脂的交联程度大于新鲜树脂,树脂最低黏度也显著增大,O2环境下的样品表现的更为明显;对红外光谱特征峰分析表明,O2环境储存条件下树脂交联反应程度高于真空环境,说明O2对双马来酰亚胺树脂室温下的老化具有促进作用。黏性失效的预浸料制备的CCM40J/HT-280复合材料内部多为层间或层内的密集孔隙,其弯曲强度下降约13.0%、弯曲模量下降约6.5%,层间剪切强度下降约10.7%。

面向铺放工艺的预浸料剥离仿真与试验验证

为系统建立可表征刚度与黏性的预浸料剥离模型,构建探针、拉伸与剥离相结合的试验验证系统。首先,设计用于预浸料的移动悬臂剥离装置,完成各工艺参数下预浸料黏性和动态刚度的90°剥离试验测定,并建立剥离仿真模型;然后,通过探针试验获取黏性参数,采用内聚力模型定量表征黏性参数;接着,通过拉伸、压缩试验测定预浸料的正交各向异性力学参数,连同探针试验获得的黏性参数一同输入到剥离模型中,在各个工艺参数下黏性和刚度的仿真结果与试验值吻合程度良好;由于仿真与试验揭示剥离脱辊现象会影响剥离力测定值,因此研究脱辊现象及其机理,发现将导辊半径设计在3～7mm内,可减弱脱辊程度、提高剥离试验的准确性。为系统测定并表征预浸料黏性及刚度、预浸料建模、开展自动铺放仿真等提供了参考。