自动铺放过程双马树脂预浸料温度与黏度

通过对自动铺放成型工艺的分析,探索了自动铺带成型过程中预浸料温度对复合材料黏性的影响规律。对影响预浸料温度的热风温度和铺放速度两个因素进行了研究,从理论上建立了热风加热温度和铺放速度与预浸料温度之间的关系,提出了控制预浸料温度的具体实施方案,指导自动铺带成型过程。根据双马树脂预浸料黏度和温度曲线,分别在不同的热风温度和铺放速度条件下进行实验,得到在热风温度为90℃、铺放速度为10~20m/min时,预浸料黏度满足铺覆性要求,验证了预浸料热风温度和铺放速度对复合材料制品质量的影响,为自动铺带工艺提供参考。     

YPH-23环氧树脂/预浸料的等温固化动力学研究

针对预浸料碳纤维树脂基复合材料成型的特点,采用差示扫描量热法(DSC)研究了碳纤维/YPH-23环氧树脂预浸料的DSC曲线,并与纯树脂的DSC曲线进行对比分析。研究结果表明:预浸料的DSC曲线与纯树脂存在差异;预浸料在130~160℃范围内的固化反应符合自催化固化反应模型,固化反应活化能为45.560kJ/mol;预浸料的动力学研究结果更能反映实际复合材料制造成型过程中的特征,可为实际复合材料的成型工艺优化提供参考。     

纤维增强热塑性树脂预浸料的制备工艺及研究进展

热塑性复合材料因冲击韧性高、环境适应性强、可回收利用等优点,被广泛应用于汽车制造、航空航天、国防军工等领域。但因热塑性树脂加热熔融后较高的黏度使其很难与纤维充分浸渍。预浸料作为制造复合材料的中间材料,现阶段制备工艺已相对成熟,预浸料中纤维已被树脂浸润,因此通过预浸料制备的复合材料孔隙率较低。本文介绍了现阶段常用的热塑性预浸料制备方法及各自的优缺点,包括溶液浸渍法、熔融浸渍法、粉末浸渍法、薄膜叠层法、纤维混杂法以及反应链增长浸渍法。阐述了热塑性树脂熔体浸润纤维的浸渍机理,对浸渍机理的部分研究成果进行了概括。概述了浸渍温度、浸渍压力和牵引速率对预浸带性能的影响。最后指出了国内预浸料生产中存在的主要问题,未来可采用多学科结合、纤维树脂改性、对浸渍过程进行计算机模拟等方法促进热塑性预浸带的产业化发展。     

用共编纱制备热塑性复合材料

介绍了一种制备增强纤维/热塑性纤维混杂纤维束的新方法——共编法,通过改变编织工艺参数、纤维丝束大小、纤维种类、编纱和轴向纱的数量等制备了一系列GF/PP共编纱。以此共编纱,成功地制备出GF/PP复合材料板材,并研究了成型压力、成型温度以及保温时间等对复合材料的预浸及板材质量的影响;同时,对增强纤维种类、丝束大小及其含量等对复合材料中空隙含量的影响也进行了研究;采用圆形模型探讨了GF/PP共编纱中树脂对玻璃纤维的预浸过程,提出了影响预浸效果的主要因素。     

风电叶片用国产碳纤维预浸料的制备及性能研究

本文制备了一种低压成型环氧树脂LTC80体系,对LTC80树脂的耐热性能、粘温特性等进行了研究;和国产碳纤维ZT6F复合制备风电叶片专用预浸料ZT6F/LTC80,对预浸料的物理性能、ZT6F/LTC80复合材料性能进行了研究。结果表明:LTC80树脂具有良好的工艺性能,适用于热熔法制备预浸料;ZT6F/LTC80预浸料适用于低压成型,ZT6F/LTC80复合材料性能优良,国产碳纤维预浸料满足风电叶片的使用要求并成功应用。     

基于聚醚砜/氰酸酯半互穿树脂体系的碳纤维复合材料性能研究

氰酸酯（CE）树脂因具有高玻璃化转变温度、低固化收缩率和优异介电性能,常被作为耐高温或吸波纤维复合材料基体应用于航空航天领域。但由于CE树脂与碳纤维（CF）浸渍黏附性较差、固化温度高、固化物脆性较大,其复合材料制备工艺性较差且固化后易产生分层损伤,严重影响其产品质量及实际应用。本文利用聚醚砜（PES）对CE树脂进行改性,制备出浸润性良好的预浸料以适应各类干法成型复合材料制备工艺。结果表明,PES的引入能够显著提高CF/CE树脂基复合材料的力学性能和热稳定性。与CF/CE单向板相比,7.5wt%PES-CF/CE单向板的弯曲强度提高17%,层间剪切强度提高31%,冲击韧性提高39%,并且纵向热膨胀性系数从-2.07×10^-8 K^-1降低到-10.7×10^-8 K^-1,横向热膨胀系数降低20%,改性效果显著。     

碳纤维增强热塑性复合材料的制备与性能研究进展

碳纤维增强热塑性复合材料(CRTP)因其具有众多优点而在航空航天、轨道交通、国防军工和风力发电等领域受到广泛的关注。本文总结了近年来国内外关于CRTP制备技术的研究进展，主要从预浸料制备工艺、碳纤维(CF)表面改性技术及CRTP成型工艺3个方面进行阐述，并详细介绍了不同预浸料制备工艺、CF表面改性技术和CRTP成型工艺的优缺点及对所制备CRTP性能的影响；最后对预浸料制备工艺、CF表面改性技术和CRTP成型工艺的发展方向进行了展望。     

短切碳纤维增强尼龙66复合材料注塑成型工艺模拟

采用毛细管流变仪和自制小型模具,对不同质量分数的短切碳纤维增强尼龙66(CF/PA66)复合材料颗粒进行了熔体流动性能分析和注塑成型工艺模拟,实现少量原料快速模拟CF/PA66的注塑成型工艺参数。研究表明:短切CF/PA66复合材料的熔体属于幂律流体,熔体黏度随温度、压力和CF质量分数变化显著,当温度和压力升高到临界值后熔体流变特性从假塑性区进入牛顿区;随着CF质量分数的增加,CF/PA66复合材料适宜成型温度提高。实验中PA66、CF质量分数为10wt%和20wt%的CF/PA66三种颗粒的适宜成型温度分别为278~285℃、280~287℃、290~298℃,通过对熔体进行Bagley压力校正,三种颗粒适宜成型的最小注塑压力分别为24.3MPa、29.4MPa、35.1MPa;将流变仪模拟所得参数应用于注塑成型工艺,所得样品的拉伸强度与流变仪制备的试样非常接近,进一步说明了毛细管流变仪模拟CF/PA66注塑成型过程的可行性和有效性,为其注塑成型工艺条件提供了理论依据。     

碳纤维增强聚醚砜的工艺、性能和断裂形貌研究

本文介绍了连续碳纤维增强聚醚砜复合材料(CF/PES)的制造工艺与性能.阐述了一种改进的连续纤维增强热塑性复合材料预浸料的制造方法,给出了CF/PES复合材料的最佳模压成型工艺条件,制得了低孔隙率、高机械性能的复合材料.最后,分析了CF/PES的断裂模式和断口形貌.     

超薄预浸料对碳纤维/环氧树脂复合材料导电性能的影响

为了协同提高碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料的电性能和力学性能,采用碳纤维丝束展宽、浸润一体化的工艺方法,将12K CF展宽预浸制备成厚度分别为0.02 mm、0.03 mm、0.08 mm、0.10 mm的CF/EP预浸料及其单向层合板,分析测试了微观结构尺度对CF/EP复合材料层合板电阻率、电阻率随温度及在拉伸载荷作用下响应的影响机制。结果表明,随着CF/EP预浸料厚度从0.10 mm减小到0.02 mm,CF/EP复合材料单向层合板中大尺度树脂富集区所占比例明显减小,厚度方向的电阻率从151.3 Ω·cm减小到32.1 Ω·cm,导电性能提高了约5倍;随着温度升高,CF/EP复合材料层合板电阻率逐步下降,厚预浸料层合板沿厚度方向电阻率的下降速率高于薄预浸料层合板;在载荷作用下由CF/EP薄预浸料制成的CF/EP复合材料层合板的电阻率具有较高的稳定性,表明预浸料薄层化有助于提高CF/EP复合材料抵抗载荷作用的能力,从而获得较高的力学性能和电性能。实验结果为CF/EP复合材料结构-功能一体化设计提供了基础。      

改性碳纤维增强尼龙6复合材料的制备及性能

通过硝酸酸化处理及尼龙溶液浸渍上浆处理对碳纤维(CF)进行表面改性,制备高强度、高模量,同时具有低熔指和优异加工性能的CF增强尼龙6(PA6)复合材料。采用扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)和熔融指数仪等方法,对复合材料的微观结构、力学性能和结晶行为进行测试和表征。结果表明,经过PA6溶液浸渍上浆处理后的CF表面形成了一层PA6薄膜覆盖层,大大增强了CF与PA6基体的结合力,改善了CF的分散性,提升了复合材料整体的强度与模量,改性CF加入量为8%(质量分数)时复合材料拉伸强度提升80.8%,弹性模量提升513.9%。进一步对复合材料结晶行为的分析表明,改性CF的加入能够促进PA6由γ晶型向更稳定的α晶型转变,提高其结晶温度及结晶速率,使复合材料的结晶更加均匀、完善,从而提高体系黏度,降低复合材料熔融指数,显著提升了复合材料的加工性能。     

连续玻璃纤维/聚丙烯热塑性复合材料拉挤成型中的工艺参数

采用复合纱拉挤方法制备连续玻璃纤维/聚丙烯(GF/PP)热塑性复合材料,研究了复合纱拉挤成型过程中模具温度及拉挤速度对GF/PP复合材料截面中心温度的影响。以傅里叶定律为理论基础,分析了拉挤过程中模腔内的瞬态传热过程;建立了工艺参数矩阵,通过有限元数值计算,预测了不同模具温度、拉挤速度下GF/PP复合材料截面中心的温度变化,优选了工艺参数组合。通过实验制备不同温度、不同拉挤速度的GF/PP复合材料,并进行弯曲模量测试及截面形貌观察。结果表明:在GF/PP复合纱拉挤过程中,拉挤速度不宜超过350 mm/min,模具熔融区温度设定应高于180℃;GF/PP复合材料在150℃-230℃-50℃成型温度、100 mm/min拉挤速度的工艺参数设定下获得最优的制品力学性能;在设定拉挤参数时,拉挤速度相较于熔融区温度更重要。      

炭纤维表面官能团异氰酸酯化及阴离子接枝尼龙6研究--(Ⅳ)接枝对CF/PA6复合材料界面形态的影响

利用偏光显微镜(PLM)研究了炭纤维(CF)表面异氰酸酯化及其阴离子接技尼龙6(PA6)对CF／PA6复合材料界面形态的影响，考察了纤维表面化学性质、结晶温度对CF／PA6复合材料界面形成横晶的影响。结果表明．在低于初始结晶温度至接近熔点范围内，PA6在未接枝与接枝CF表面均可以形成横晶，结晶温度低形成的横晶不致密、不完整，纤维诱发横晶的能力小．结晶温度高形成的横晶完整而致密，纤维诱发横晶的能力大。在相对较低的结晶温度下，接枝CF比未接枝CF具有较高的诱发横晶能力，同时诱发的横晶致密度高且完整性好。     

热塑性树脂连续浸渍过程的纤维断裂机制及实验

利用自行设计的浸渍模具,通过拉挤熔融浸渍工艺,定量考察了牵引速度、熔体温度和浸渍辊个数等工艺参数对连续玻璃纤维增强热塑性复合材料复合过程中纤维断裂的影响,旨在通过所建立的纤维断裂数学模型,预测预浸料生产过程中纤维断裂率并描述实验结果。结果表明:模型与实验数据吻合较好,能够为工业化生产提供指导与借鉴;纤维束在模具中拖曳而产生的黏性剪切作用是影响纤维断裂的主要因素,适当减少浸渍辊数及采用低黏度树脂能够显著降低纤维断裂,提高工艺稳定性。     

A Mathematical Model for Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composite in Melt Impregnation

Through the combination of Reynolds equation and Darcy’s law, a mathematical model was established to calculate the pressure distribution in wedge area, which contributed to the forecast effect of processing parameters on impregnation degree of the fiber bundle. The experiments were conducted to verify the capacity of the proposed model with satisfactory results, which means that the model is effective in predicting the influence of processing parameters on impregnation. From the mathematical model, it was known that the impregnation degree of the fiber bundle would be improved by increasing the processing temperature, number and radius of pins, or decreasing the pulling speed and the center distance of pins, which provided a possible solution to the difficulty of melt with high viscosity in melt impregnation and optimization of impregnation processing.     

碳纤维增强尼龙6复合材料的阴离子聚合反应注射成型工艺

以己内酰胺为原料,自制己内酰胺钠(C10)、双酰化内酰胺-1,6-己二胺(C20)分别为引发剂和活化剂,首先对适用于反应注射成型技术(RIM)的尼龙6(PA6)阴离子聚合工艺进行探究。实验结果表明,提高引发剂浓度可提升聚合反应速率,转化率受影响并不明显,但分子量有所降低;而提高活化剂浓度,会导致聚合反应不完全;随着聚合温度的升高,反应速率明显加快,同时分子量增大,结晶度呈下降趋势。最终选取1.5 mol%的C10、1 mol%的C20,浸胶温度100℃、聚合温度180℃的工艺参数,利用自行研制的反应注射设备成功制备了单向碳纤维增强尼龙6 (CF/PA6)复合材料单向板,其沿纤维方向的拉伸强度可达974.2 MPa,弯曲强度达786.9 MPa。      

Effects of thermal histories on interfacial properties of carbon fiber/polyamide 6 composites: Thickness,modulus, adhesion and shear strength

Interface thickness and modulus of carbon fiber (CF) reinforced polyamide 6 (PA 6) composites with different thermal histories are characterized as 331–394 nm and 0.24–0.30 times to fiber modulus, respectively. Transverse fiber bundle (TFB) test is firstly employed for evaluating semi-crystalline PA 6 interfacial adhesion. TFB Failure mechanisms are schematically given. Besides enhanced molecular entangling on fiber surface, increased matrix toughness is also found to have a great effect on improved TFB results. Droplet micro-debonding results show that decreasing cooling rate and increasing annealing temperature both decrease interfacial shear strength (IFSS) though residual PA 6 on carbon fiber surface increases. In the end, the above data are normalized together with some previous measured parameters. It shows that quenching of the CF/PA 6 composites and subsequent annealing are shown to give similar results as slow cooling. Relationships between each other are also discussed.     

Failure behavior of quasi-isotropic carbon fiber-reinforced polyamide composites under tension

In this paper, the microscopic failure behavior of quasi-isotropic carbon fiber-reinforced polyamide-6 (CF/PA6) laminates under tension was investigated experimentally. Laminates of two layups, namely [45°/0°/?45°/ 90°]_s and [45°/0°/?45°/ 90°]_2s, were made from CF/PA6 tapes of two different manufacturers and then subjected to tensile testing. Crack initiation and progression on the polished free edge of specimens were examined using optical microscopy, under several load levels. Crack growth behavior through the specimen width was also traced by observing the crack configurations in different sections in the specimen width direction. The effects of the spatial distribution of fiber on the microscopic damage events were elucidated. The difference in failure behavior between the present CF/PA6 laminates and conventional thermosetting CF/Epoxy laminate is discussed.