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。     

多因素作用下自动铺丝预浸料黏性变化规律

自动铺丝工艺是一种先进复合材料低成本、自动化成型制造工艺,其通常应用于制造飞机机身、S型进气道等大曲率复合材料构件。铺丝过程中,预浸料丝束黏性对铺丝产品最终质量有较大影响。一方面,丝束黏性不能过低,以保证预浸料之间顺利贴合。另一方面,丝束黏性也不能过高,以便于铺层失败时进行修改。目前,预浸料黏性评价方法以90°剥离试验与180°剥离试验为主,其主要针对自动铺带工艺中较宽的预浸带。前期初步试验表明,采用单丝束剥离试验法检测自动铺丝工艺中预浸料黏性时,数据会产生较大波动,无法满足相关检测要求。有鉴于此,本文首先建立自动铺丝预浸料黏性的检测准则,提出采用两丝束180°剥离试验检测预浸料黏性,然后基于该准则研究铺放压力、铺放速度、铺放温度、老化时间影响下丝束黏性的变化规律。     

自动铺丝构件缺陷形成机理的研究进展

自动铺丝是一种重要的复合材料自动化成型方法,可实现连续变角度铺放,适合大曲率复杂构件的制造,但成型质量受到了多种工艺参数的影响。本文从自动铺丝预浸料的粘弹性和流动性、结晶度、铺层的层间剪切强度、残余热应力以及最大弯曲力等方面对自动铺丝构件成型缺陷的形成进行了表征和机理分析;给出了影响构件成型缺陷的工艺参数,并总结了工艺参数优化方法的研究进展。最后,对自动铺丝构件成型缺陷形成机理的未来研究方向进行了展望。     

关于若干工艺参数对铺带质量影响的研究

为分析自动铺带成型过程中铺放压力、铺放温度及铺放速度各工艺参数对铺放质量的影响,进而预测铺带过程中预浸带的形变,对带变形和带间隙进行微调控制以保证产品质量,本文在南航自行研制的自动铺带机上进行了一系列实验,并以预浸带黏性流动公式分析探讨了各因素的影响。研究结果表明,随着铺放温度的升高、铺放压力的增加和铺放速度的减小,预浸带变形量增加,带间隙减小,符合以预浸带黏性流动公式为基础的理论分析。     

T700/3234预浸料自动铺带工艺研究

通过研究自动铺带设定温度对预浸料粘性的影响以及自动铺带橡胶辊压力和带间间隙对层压板性能的影响,讨论了T700/3234单向环氧预浸料自动铺带工艺特性,确定了T700/3234的自动铺带工艺参数,满足了大型复合材料壁板类产品的制造要求。     

热塑性复合材料自动铺放成型工艺

利用自制的热塑性复合材料自动铺放设备制备了自动铺放成型制品,结合响应曲面法,进行了连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带的自动铺放成型工艺研究,分析了铺放成型过程中的3个主要工艺参数,加工温度、铺放压力、铺放速度及其交互作用对铺放制品性能的影响。建立了加工温度、铺放压力、铺放速度3个主要工艺参数对铺放制品性能影响的数学模型,分析了铺放制品性能随各个工艺参数的变化趋势,并进行了加工工艺参数的优化,得到最优参数组合。     

基于响应曲面法的自动铺放工艺参数分析与优化

通过对自动铺带(Automated tape laying,ATL)成型工艺的分析,提出了一种新的铺放质量评分标准。采用响应曲面法(Response surface methodology,RSM)设计了铺放工艺参数优化实验,分析了热风温度、铺放压力和铺放速度各工艺参数及其交互作用对铺放质量的影响,建立了各工艺参数与铺放质量的二次多项式回归方程的预测模型。根据回归方程求得了最佳铺放质量下的工艺参数,以及可接受铺放质量下的最大铺放速度时的工艺条件,为自动铺带工艺参数的控制提供了参考。     

自动铺丝成型工艺参数优化

为提高自动铺丝成型技术的质量,分析了影响铺放质量的工艺参数主要有铺放温度、铺放压力以及铺放速率。综合考虑预浸丝与模具表面及其层间贴合情况,提出更为完善的铺放质量评价方法。利用该评价方法分别研究了以上工艺参数对于铺放质量的影响,发现随着铺放温度、压力的增加铺放质量先提升后降低;随着铺放速率的增加铺放质量呈下降趋势。最后利用响应曲面法得出,在本试验条件下的最优铺放工艺参数:铺放温度T为29.38℃、铺放压力F为11.65 N/mm、铺放速率v为84.34 mm/s。     

复合材料在航空发动机风扇叶片上的应用综述

大涵道比涡扇发动机为不断减重,大量使用复合材料风扇叶片。本文综述了复合材料风扇叶片的发展与应用情况,总结了叶片各制造工艺的特点,包括预浸料手工铺放/热压罐固化成型工艺、预浸料自动铺丝/热压罐固化成型工艺、三维机织碳纤维增强树脂传递模塑(RTM)成型工艺。复合材料风扇叶片的制造工艺正朝着自动化、高精度的方向发展。     

热隔膜工艺温度与成型速率对C形复合材料成型质量的影响

利用自制的热隔膜成型设备制备C形结构碳纤维/环氧预浸料预成型体,通过对预成型体的厚度、缺陷进行表征,考察了工艺温度、成型速率对C形预成型体成型质量和预浸料层间摩擦阻力的影响,分析了预浸料摩擦滑移特性与热隔膜工艺成型质量的关联性。结果表明:通过提高工艺温度、降低抽真空速率可以降低预浸料层间摩擦阻力,得到成型质量较好的C形预成型体。热隔膜成型工艺条件对预浸料层间摩擦滑移特性有重要影响,摩擦阻力可以作为优化热隔膜成型工艺参数的重要依据。     

5405双马来酰亚胺树脂基体的工艺性研究

本文介绍了5405双马来酰亚胺树脂的基本特性以及复合材料制备工艺方面的研究工作。结果表明,未固化树脂软化温度低,丙酮中溶解性好,可湿法制备预浸料;预混料粘性合适,铺覆性好,有较长的贮存期,可满足大型复杂构件铺层要求;最高成型温度180℃,压力0.5～0.7MPa,能使用热压罐成型。     

自动铺放过程中预浸丝束宽度变化研究

碳纤维增强树脂基复合材料因其优异性能,在航空航天等领域得到广泛应用,其使用率已经成为装备先进性的重要指标。复合材料用量的大幅提升离不开自动铺丝技术的强力支撑。国内自动铺丝所采用的预浸丝束宽度尺寸有3.18mm、6.35mm和12.7mm三种规格,宽度和精度是预浸丝束重要的性能指标,它紧密影响预浸丝束的铺放效果,进而影响最终复合材料构件的性能。然而在实际铺放过程中,由于铺放工艺参数的不同,预浸丝束受到的应力亦不同,这样会导致丝束产生不同程度的横向变形。本文通过改变铺放过程中的工艺参数,探究不同铺放压力和铺放温度对预浸丝束宽度的影响,进而分析预浸丝束在铺放过程中宽度变化形成机理,研究对优化铺放工艺、提高构件质量具有指导意义。     

环氧基复合材料预浸料铺覆工艺技术研究

复合材料预浸料铺覆工艺对工作环境的温度有一定要求,当工作环境温度较低时,会使预浸料变硬,层间不易粘接,从而影响产品质量。通过试验确定了铺覆工艺中环氧基复合材料预浸料表面温度的工艺参数,并研制了专用加热设备,使操作面表面温度达到了34～37℃。加热设备与缠绕机联动对预浸料进行加热软化,实现了边加热边进行压实缠绕,有效解决了低温工作环境中预浸料变硬和层间粘接不佳的问题。     

纤维铺放技术

纤维铺放技术是在纤维缠绕和带铺放技术之后出现的一种新的先进复合材料成型技术。其工艺是在纤维铺放机上把纤维平行集束成纤维带后制成多个预浸丝束,并通过纤维铺放机铺放头上的压头,把预浸丝束铺压到芯模或模具表面上。     

值得关注的预浸料市场

预浸料是用控制量的树脂(热固性或热塑性)浸渍纤维或织物后形成的中间材料。浸渍技术有溶剂浸渍、热熔体浸渍、粉末浸渍等。预浸料可以"B阶"状态或部分固化后储存。预浸带或预浸布用于手糊、自动铺带、自动铺纤或某些缠绕成型工艺中。单向预浸带(所有纤维平行)是最常见的预浸料形式,它们提供单向增强。机织布及其他平面织物预浸料提供二维增强,它们一般成卷销售。还有用纤维预成型体和编织物制成的预浸料,它们提供三维增强。     

零吸胶工艺复合材料层板成型质量与预浸料特性关联分析

针对3种国外产碳纤维/环氧预浸料,测试表征了预浸料的工艺特性,并采用热压罐零吸胶工艺制备了复合材料层板,考察了工艺条件对层板厚度和内部缺陷的影响,分析了成型质量与预浸料特性之间的关联性,进一步研究了层板弯曲性能、层间剪切性能对成型质量变化的敏感性。实验结果表明,由于零吸胶工艺树脂流动受到很大限制,预浸料树脂含量不均容易造成所成型层板厚度不均、表面不平整,另外,预浸料树脂流动性小的体系在层间容易出现明显富树脂现象;零吸胶工艺夹杂空气主要在真空作用下通过铺层内的通道排出,因此预浸料气体渗透率和成型封装方式对孔隙缺陷有重要影响;实验范围内,工艺条件的改变没有显著影响所成型层板的短梁剪切性能和弯曲性能。研究结果对于预浸料选择和国产高性能预浸料的开发具有重要参考价值。     

复合材料预浸料的粘性及其表征方法

粘性是决定复合材料预浸料是否适合铺贴的一个关键因素。本文对预浸料的粘性及其物理意义进行了讨论，重点介绍了目前的几种预浸粒粘性测试方法，认为建立最化的预浸粘性测试方法对预浸料制造中的工艺参数控制及树脂配方研究有重要意义。     

低粘度酚醛-硼酚醛体系的固化动力学及热性能

通过溶液共混法得到低粘度酚醛树脂(LVPF)改性硼酚醛(BPF)混合树脂并制得预浸料,通过剥离与铺放性测试对LVPF改性预浸料的性能作了分析,采用示差扫描量热法和热重分析研究了混合树脂的固化动力学、固化特性及其热性能。结果表明,LVPF的加入显著改善了BPF预浸料的表面粘性与铺放性,LVPF添加质量分数50%的预浸料的粘性与铺放性最佳,此时体系的表观活化能为124.3 kJ/mol,反应级数为0.945 5,固化程序为125℃/1 h+180℃/2 h+220℃/3 h。增加主固化温度和保温时间对该体系失重5%时的温度、最大失重速率对应温度及1 000℃下的残炭率提升较大。保温时间长于120 min时热性能趋于稳定。     

复合材料用预浸料

（续３）２．２．６粉末预浸法 粉末预浸法是制备热塑性树脂预浸料比较成功的方法,随着所用设备不同和工艺条件的差异,有多种方法。 ＢＡＳＦ结构材料公司开发了一种粉末浸渍工艺,具体过程未做任何透露。据称用其工艺制得的粉末预浸料,具有良好粘性和铺覆性,而且预浸料中不含溶剂,这就很容易制备外形复杂的构件,生产速度快,预浸料质量和最终产品的性能均得到提高,具有广泛使用前景。这种方法可以制备单向预浸带、织物预浸料、也可以预浸粗纱。 荷兰专利８６１０５１２５介绍了一种流态化床工艺,是将纤维束分散开来通过一个流态化…     

复合材料带曲率C型梁热隔膜预成型试验与仿真分析

随着复合材料自动铺带和铺丝技术的成熟,并且广泛应用于复合材料结构的生产与制造。通过与铺带或铺丝技术相结合使得复合材料热隔膜预成型技术成为制作L型、C型,Z型等细长零件的重要手段,此种方式可以减少大量的人工操作,并且能够用于实现自动化工业生产。复合材料热隔膜预成型是一个使预浸料叠层变形的复杂过程,本文对带曲率C型梁的预成型过程进行仿真分析,首先通过试验得到预浸料铺层间摩擦系数,然后对湿态预浸料的力学性能进行测试。利用测试得到参数,采用有限元方法对C型梁预成型过程中铺层间的滑移进行模拟得到了铺层变形后的褶皱缺陷。通过专用的热隔膜成型设备对C型梁预成型进行试验研究,将试验结果与仿真结果进行对比分析,验证了预成型仿真手段的可行性,为后续热隔膜预成型过程中的参数优化提供指导。