自动铺缠预浸带热压接研究

应用流体力学理论获得了热压接模型,研究续接压力、温度、时间等因素对续接性能的影响。采用玻璃纤维织物/酚醛树脂预浸带(664/B30)进行续接实验验证。结果表明:随续接压力增大、温度升高以及续接时间和长度的增加预浸带续接性能提高,符合理论分析结果。     

热压罐工艺树脂压力测试系统适用性实验研究

采用玻璃纤维织物/环氧树脂E51预浸料研究热压罐工艺树脂压力在线测试系统适用性,分析了树脂黏度对测试系统动态反应特性的影响,进而测试了热压罐工艺零吸胶条件下等厚、非等厚及L形预浸料铺层内部的树脂压力,并与理论模型计算树脂压力对比,以分析测试系统的准确性。结果表明: 树脂黏度明显影响系统的动态反应特性,当树脂黏度低于25 Pa·s时树脂压力测试系统具有较高的动态反应特性,满足复合材料内部树脂压力测试需求; 对于所研究的各种形式的预浸料铺层,树脂压力测试值与理论值有很好的一致性,当热压罐压力达到0.5 MPa,相对误差约为2%,验证了系统的准确性。     

碳纤维/环氧树脂预浸带铺放应力场及制品微观结构的模拟与实验

碳纤维/环氧树脂预浸带复合材料在铺放成型时,由于树脂基体与碳纤维之间的热膨胀系数存在差异以及成型时热-力参数作用下由于纤维的变形而导致纤维与基体接触处产生应力集中等原因,在制品材料中会产生热残余应力。针对碳纤维/环氧树脂预浸带复合材料的实际结构特点,利用ABAQUS有限元软件建立含有界面的碳纤维/环氧树脂预浸带复合材料的细观代表性体积单元(Representative volume element, RVE)有限元模型,采用实验研究和有限元仿真分析的方法,研究在温度-压力参数作用下预浸带铺放制品残余应力的分布规律及影响机理。首先,建立预浸带铺放时的温度和压力模型,研究不同温度和压力参数条件下碳纤维/环氧树脂预浸带铺放制品残余应力的分布情况。其次,采用耦合降温法模拟碳纤维/环氧树脂预浸带残余应力随纤维体积含量、铺放压力以及铺放温度的变化规律,并采用扫描电镜对不同工艺参数条件下预浸带铺放制品的微观结构进行分析。通过对模拟结果进行分析比较得到各因素对制品残余应力的基本影响规律;最后进行不同温度和压力等铺放参数对预浸带铺放成型时残余应力影响的实验测试研究。      

纤维铺放压紧力及预浸带加热温度对复合材料力学性能的影响

采用三因素四水平正交实验与单因素实验相结合, 通过力学性能测试及SEM和光学显微镜微观形貌观察研究了复合材料铺放过程中压紧力、 预浸带加热温度及芯模温度对复合材料力学性能的影响。实验结果表明: 压紧力与加热温度对层间剪切强度(ILSS)影响很大, 而芯模温度影响较小; 当压紧力为600 N、 预浸带加热温度为30℃、 芯模温度为18℃时, 复合材料综合力学性能达到最佳。微观形貌观察结果表明: 随着压紧力和预浸带加热温度升高, 纤维与树脂接触充分, 树脂与纤维分布均匀性较好, 层间富树脂区的厚度较小, ILSS逐渐增加; 但当预浸温度上升到40℃以后, 压紧力作用导致树脂与纤维的分布均匀性变差, 层间富树脂区的厚度较大, 从而导致ILSS下降。     

碳纤维/环氧树脂复合材料-铝合金层合板深拉成型特性

碳纤维增强树脂复合材料（Carbon fiber reinforced plastic,CFRP）因其轻质高强的特点,越来越多地应用到汽车轻量化设计和制造中。为研究CFRP板件及CFRP-Al层合板深拉成型影响因素,加速CFRP零部件产业化进程,本文通过DSC测试分析了CFRP预浸料的固化放热过程,以此为依据,用热压罐制备了不同后固化温度下成型的CFRP板材及单向、编织两种预浸带铺层的CFRP-Al层合板,用Inspekt table 100材料试验机对上述两种板材分别做了深拉试验。考虑到提高制备效率,用打磨、打磨+涂覆硅烷偶联剂、阳极氧化+涂覆硅烷偶联剂三种方式对铝合金板进行表面处理,不经热压罐固化成型,直接和正交对称铺层的单向预浸带一起在Inspekt table 100材料试验机的环境箱中混合温深拉,固化成形。并通过金相显微镜、SEM进行显微组织观察,验证后固化温度、深拉环境温度、预浸带的种类对CFRP板材及CFRP-Al层合板深拉成型性能的影响及铝合金板表面处理方式对CFRP叠层预浸带、铝合金板材混合温深拉成型性能的影响。结果表明,适当降低后固化温度、提高深拉环境温度有利于板材二次深拉成型。编织预浸带较单向预浸带能更好地承受压力,深拉成型质量更优。阳极氧化+涂覆硅烷偶联剂的表面处理方式一方面能在铝合金板材表面形成致密、均匀的微孔,另一方面硅烷偶联剂能很好地促进铝合金板材和CFRP的界面结合,有利于深拉成型。      

连续预浸带的制备工艺研究

本文介绍了用预浸带铺制机湿法制备单向碳纤维预浸带的工艺方法,讨论了影响预浸带树脂含量、外观及挥发分含量的有关因素,优化了工艺条件,确定了制备单向预浸带的最佳工艺参数.制备的预浸带最大宽度为300毫米,连续长度可达200米.可以批量稳定地进行生产.      

自动铺丝用预浸窄带的质量分析及其影响因素

近年来随着自动铺丝技术的快速发展和应用,对预浸窄带的需求量增加,但国内研究人员对有关预浸窄带质量的评价体系和分析方法尚未形成统一共识。本文采用多种方法对预浸窄带的质量进行了全面分析。通过图像法及称重法分析发现,国产窄带的宽度均匀性、接头处纤维平齐度、边缘断丝情况等分切质量均控制较好。研究了间歇式热压工艺和连续式辊压工艺对窄带接头质量的影响,通过拉剪强度和剥离强度分析发现,压接工艺温度和时间是影响其力学的关键因素,对比而言辊压工艺制得的接头性能较热压工艺具有更好的稳定性。同时,接头性能也受测试环境影响,其中环境湿度的作用大于温度。随着室温储存时间延长,窄带接头的力学性能先上升后下降,通过差热分析和红外光谱分析发现,这与界面处树脂的化学反应和固化程度增长密切相关。最后,对接头反复过辊后的疲劳损伤分析表明,接头处的拉剪强度随过辊温度、张力及圈数增加而下降。     

热压罐零吸胶工艺树脂压力在线测试及其变化规律

针对碳纤维缎纹布/环氧914预浸料热压罐零吸胶工艺,采用热压成型过程树脂压力在线测试系统监测树脂压力的大小与分布,分析了真空、外加气压对树脂压力的作用规律,通过显微观察研究了真空及外加气压对孔隙缺陷的影响。实验结果表明,所采用的在线测试系统可以定量分析真空在铺层内的作用程度和树脂压力的变化;零吸胶工艺树脂承担了大部分外压且沿层板厚度及面内方向分布均匀;真空通过铺层内的气路通道排出夹杂空气,其作用程度受到树脂黏流状态和铺层密实程度的影响;不同压力条件下复合材料层板孔隙状况与树脂压力的测试结果相吻合。     

碳纤维/双马树脂预浸料固化过程动态力学性能

采用动态力学分析法（DMA）对碳纤维/双马树脂预浸料恒温、升温过程中动态力学性能的变化进行了研究, 结合DSC、偏光显微镜确定了碳纤维/双马树脂预浸料的软化、熔融、凝胶、玻璃化转变及反应始终点的表征方法, 考察了预浸料各转变点随升温速率、温度、频率的变化规律以及预浸料的反应规律。结果表明, DMA能很好地表征碳纤维/双马树脂预浸料加热固化中的多种物理化学转变。由于双马树脂基体在180 ℃以上的反应机制与在180 ℃以下的不同, 这2个温度范围内碳纤维/双马树脂预浸料恒温固化终点的反应程度、力学转变率随恒温温度的变化规律不同。      

用β射线技术在线监测复合材料预浸带树脂含量

建立＾１４Ｃ弱源β射线监测仪，对热熔预浸工艺生产预浸带用涂胶离型纸的树脂含量进行了动态测量，并与重量法间断测量结果进行了比较，研究表明，β射线透过涂胶纸强度和原强度之比（Ｉ／Ｉ０）与树脂含量具有良好的对应关系，该仪器用于预浸树脂含量在线检测是可行的。     

生物质中温热熔预浸料用环氧树脂体系

采用生物质松香酸酐固化剂,通过配方设计和筛选,由配方体系成膜性、胶膜储存期、胶膜状态及DSC测试初步确定生物质环氧树脂体系的配方组成环氧树脂/固化剂/促进剂的质量比为100/60/3~4。由动态/稳态DSC测试和锥板旋转黏度计对体系的固化特征温度和黏度-温度-时间特性进行研究,结果确定树脂体系可在120~140℃完成固化,热熔法预浸温度范围60~85℃,其黏度在1500~5000mPa·s,其中70℃操作时间达180min。最后由红外光谱和DSC对生物质环氧体系的固化反应机理进行了研究。     

热塑性复合材料自动铺放过程中红外加热技术研究

为保证热塑性预浸料树脂基体在自动铺放(automated fiber placement, AFP)过程中充分熔融,实现热塑性复合材料(thermoplastic composites,TPC)逐层"原位固结"成型,自动铺放成型过程中需精确控制预浸料的加热温度。针对自动铺放过程中铺放速率会在较大范围内变动的特点,本工作提出一种高速率响应的红外线辐射加热技术。通过对红外热源与铺层间能量传输过程的分析,提出红外加热过程中动态恒温控制方程,建立热源辐射强度与铺放速率之间的匹配关系。基于热塑性复合材料自动铺放实验平台,构建红外加热恒温控制系统,该系统采用前馈控制方式,根据动态恒温控制方程,制定相应控制策略,实现对预浸料加热过程中温度的精确控制。实验结果表明自动铺放过程中使用红外加热恒温控制系统满足变速工况下恒温加热要求,且铺放成型实验件的压缩强度及层间剪切强度均接近模压成型实验件。     

高韧性双马来酰亚胺树脂的固化反应动力学和TTT图

采用动态DSC法,研究了高韧性双马来酰亚胺树脂的固化反应动力学。根据Kissinger方程和Crane方程,拟合得到双马来酰亚胺树脂的固化动力学参数,建立了该树脂的唯象模型。采用恒温DSC法,根据DiBenedetto方程,建立了双马来酰亚胺树脂的玻璃化转变温度与固化度之间的函数关系。采用凝胶盘法,获得了该树脂在不同温度下的凝胶时间,建立了凝胶时间和凝胶温度之间的函数关系,得到了树脂的时间-温度-转变（TTT）图。根据TTT图对复合材料的固化工艺进行优化。结果表明:预浸料在150℃恒温0.5 h后加压0.6 MPa,树脂具有一定的流动性,可制备内部质量完好的复合材料。      

Characterisation of inter-ply shear in uncured carbon fibre prepreg

Understanding the inter-ply shear behaviour of uncured carbon fibre prepreg is fundamental to avoiding process-induced defects during manufacturing of large-scale components. Shear tests for AS4/8552 are compared to a one-dimensional viscoelastic–plastic model for inter-ply shear. The paper presents a methodology capable of determining the parameters of temperature, rate and pressure required for minimum resistance to movement of a prepreg. Investigating the joint strength and friction values individually shows that friction increases with temperature, contrary to previous work, and that the new value of joint strength is predominant at lower temperatures. Rate dependent variables are strongly linked to the resin behaviour, confirming the need for a viscoelastic model. Simple application to industrial scenarios is discussed along with more complex process modelling.     

The experimental determination of prepreg tack and dynamic stiffness

A new peel test has been developed which quantifies the tack and dynamic stiffness of uncured prepreg. The test is designed to simulate the automated tape lay-up (ATL) and automated fibre placement (AFP) processes. It includes a pressure controlled application stage, where contact time is inversely proportional to peel rate. The use of a thin film allows stiffness to be isolated from peel resistance in a continuous two stage test. A repeatability study revealed consistent results with 16% standard deviation. Tack and stiffness variability has been observed across roll width and between faces in commercial hand lay-up prepregs. The overall tack and stiffness values for commercial hand lay-up prepregs were found to be inconsistent with the levels specified by manufacturers.A temperature increase revealed inconsistent effects on tack between materials. The contradictory results were rationalised by observing failure modes. The two failure modes observed appeared equivalent to those found in pressure sensitive adhesive (PSA) peel. The shear storage modulus of the prepreg resin was compared to the PSA Dahlquist criterion and found to support the principle of contact efficiency. However, the actual value for the criterion is expected to be a function of prepreg specific conditions such as resin content, fibre distribution and surface pattern.     

太阳能固体吸附式制冷吸附床的设计及数值模拟分析

设计了管内填充吸附剂,管外走传热介质的新型吸附床结构,建立了相应的数学模型.以太阳能为驱动热源,分析了吸附床内温度在某时刻的静态分布以及温度、压力和脱附速率随时间的动态变化.通过对吸附床传热效果的分析指出该吸附床结构有较好的传热效果.     

Manufacturing process of reproduction plate by nonmetallic materials reclaimed from pulverized printed circuit boards

The aim of this study was to present a new method for resource utilization of nonmetallic materials reclaimed from pulverized waste printed circuit boards. A reproduction nonmetallic plate (RNMP) was prepared by adding resin paste, glass fiber and additives into nonmetallic materials using self-made hot-press former. Principle of manufacturing process and effects of mould temperature and moulding time on the mechanical properties of RNMP were studied. The results showed that when moulding pressure was fixed at 6 MPa, the optimum conditions for the RNMP were as follows: 140/135 degrees C for top/bottom mould temperature, 5 min for moulding time. The maximum content of nonmetallic materials in RNMP was up to 40 wt%. When nonmetallic material content was 20 wt%, the RNMP moulded at optimum conditions had excellent mechanical properties, with impact strength of 5.8 kJ/m(2) and flexural strength of 65.1 MPa.     

耐高温碳纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料制备及性能

采用前原位聚合的热塑性聚酰亚胺(PI)改性4,4′-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺(BDM)/4,4′-邻二烯丙基双酚A(DABPA)树脂体系,制备了一种耐高温的改性双马来酰亚胺(BDPI)树脂,研究了BDPI树脂的微观形貌和耐热性能;通过前原位自增强技术制备了T800H碳纤维/BDPI预浸料,通过SEM研究了T800H/BDPI预浸料表面形貌,评价了T800H/BDPI复合材料高低温力学性能和断面微观形貌。结果表明:BDPI树脂满足预浸料加工工艺要求,BDM微米颗粒均匀铺覆于T800H/BDPI预浸料表面,粒径分布为30~70 μm,BDPI树脂固化物的玻璃化转变温度(T_g)为367℃,5%热失重温度(T_d5)为452℃;T800H/BDPI单向复合材料0°拉伸强度、0°拉伸模量和层间剪切强度分别为2 440 MPa、148 GPa和107 MPa,280℃其力学性能保持率分别为66.4%、87.2%和44.1%。