高模量碳纤维低损伤一步预浸缠绕技术

介绍了针对采用高模量碳纤维缠绕时损伤严重而研制的一项新技术。通过无辊浸胶系统和纤维浸胶后烘道加热装置 ,不但降低预浸纱制备和退纱缠绕所造成较大的纤维损伤 ,而且可以实现预浸纱含胶量精确控制及连续浸胶和缠绕 ,同时大大提高了缠绕效率。     

芳纶芋纤维预浸胶带的质量稳定性

分析了芳纶Ⅲ纤维与F-12纤维的预浸胶成型工艺的差异和影响因素,根据芳纶Ⅲ纤维独特的表面性能及股纱特性,最终优选了芳纶Ⅲ纤维的股纱性能和预浸渍成型工艺参数.试验结果表明,该成型工艺能生产出质量稳定的胶带来满足缠绕工艺要求.     

吸波复合材料回转体构件的缠绕工艺

对吸波复合材料构件的缠绕工艺特性及存在的问题进行了分析,综合现代复合材料缠绕成型工艺,针对含有吸收剂的缠绕层,提出了"双辊同槽、双线夹芯复合"的浸胶工艺制备预浸纱带,以湿法缠绕工艺制备回转体吸波复合材料构件的工艺方法。工艺特性分析表明,选用相应的缠绕规律和工艺参数能够满足不同形态的回转体构件绕制,使吸收剂在各缠绕层中均匀分布、含量可控,保证了制件的吸波性能稳定、质量可靠。     

纤维稳定缠绕研究

针对复杂型面纤维缠绕可能出现的纤维滑移现象,应用微分几何理论和力学分析方法,研究了纤维缠绕过程中滑移系数与摩擦系数的关系,得到了纤维稳定缠绕的判据;通过试验分析了影响单向预浸料摩擦系数的因素,为复杂型面纤维稳定缠绕奠定了基础.     

T700/PEEK热塑性自动铺放预浸纱制备质量控制及性能研究

为满足高性能热塑性复合材料自动铺丝（AFP）成型工艺的原材料需求,研究了粉末悬浮法浸渍制备T700/PEEK预浸纱关键工艺参数及预浸料性能,分析聚醚醚酮PEEK浸渍连续碳纤维过程中不同工艺参数（悬浊液浓度、超声功率、张力、牵引速率、浸渍温度、辊压温度及压辊间隙）对预浸纱质量的影响规律,利用扫描电子显微镜（SEM）观察T700/PEEK预浸纱内部孔隙率及界面结合状态,将粉末悬浮法制备的T700/PEEK预浸纱模压制备了热塑性复合材料单向层合板试样,并测试了其热塑性复合材料层间剪切强度和拉伸强度。研究结果表明：预浸纱含胶量与粉末悬浮液浓度变化线性正相关,且随超声功率的增大而升高;浸渍过程中伴随温度的升高以及牵引速率的减小,预浸纱宽度变小、孔隙率降低,随着张力的增大,预浸纱宽度增大、孔隙率降低;辊压成型过程中随着温度的提高以及压辊间隙的减小,预浸纱宽度增大、孔隙率降低。综合考虑各工艺参数的影响规律,获得优化的热塑性预浸纱制备工艺参数：浸渍温度为360~370℃,辊压温度为330℃,压辊间隙为0.1 mm,牵引速率为15~20 mm/s,张力为7 N。扫描电镜结果显示树脂与纤维界面结合紧密,复合材料的孔隙率可降低至1.8%,复合材料层间剪切强度为73.43 MPa,纵向拉伸强度达1.71 GPa。     

纤维缠绕低损伤退绕跟随系统

为降低纤维缠绕过程中纱筒退绕的纤维磨损,研制了低损伤退绕跟随系统。通过分析纱筒卷绕特点及退绕运动过程,提出了角度替代的控制思想和导纱器自适应跟随控制策略;通过计算机控制伺服电机驱动导纱器运动,可实现对任意卷绕线型的自动跟随。实际应用表明:该方法可行,研制的系统跟随效果理想,有效消除了纤维的摩擦损伤,提高了缠绕复合材料制品的质量。     

胶接修复工艺的复合材料外涵机匣强度分析

航空发动机结构复材化是发动机减轻质量的主要途径。针对复合材料外涵机匣服役后的损伤特点，选用胶接修复工艺进行机匣修补。研究了不同胶接修复方法的修复效果和适用范围。基于三维渐进损伤方法，使用Abaqus软件建立了复合材料外涵机匣典型件胶接修复模型，对机匣危险区域损伤孔边和翻边处模拟了复合材料损伤的产生和演化，预测了使用填胶修复和预浸料修复的典型件模型静拉伸强度和实际机匣模型的静压缩强度。结果表明：损伤深度不超过厚度的10%时采用填胶修复以恢复气动外形，损伤深于厚度的10%至贯穿时预浸料修复能同时恢复机匣的强度和刚度。     

复合材料缠绕后置处理方法研究

利用芯模表面的离散落纱点,依据空间几何和微分几何理论,针对纤维缠绕过程提出纤维缠绕出纱点轨迹的网格后置处理方法。该方法首先通过纤维缠绕轨迹的落纱点,以及缠绕过程中等悬纱长约束条件来求取出纱点,然后通过计算相邻出纱点的各坐标差得到机床运动轨迹,最后分别通过对三通管和组合回转体的缠绕成型实验,来验证该网格后置处理方法在处理非回转体和回转体缠绕出纱点轨迹的可行性和准确性。     

F—12纤维预浸渍成型工艺研究

针对F-12纤维浸渍环氧树脂基体制做预浸胶带性能要求和工艺特点,研究了影响基体含量、挥发份、胶带外观结构的主要工艺因素和控制范围。结果表明,采用优化后的工艺参数生产的预浸胶带质量稳定,缠绕的φ150mm压力容器特性系数达到37km。     

用于可充气展开结构的热固性复合材料耐折叠性能研究

对进行了耐折叠性能下降的原因。环氧耐折叠性能以芳纶纤维／环氧预浸布和碳纤维/环氧预浸布为内层、聚酰亚胺膜为外层的复合薄膜材料能测试，考察了折叠半径、折叠时间、贮存期对材料拉伸性能的影响，分析了折叠引起材料性结果表明：折叠半径、折叠时间对两种材料的模量和拉伸强度的影响规律各不相同，碳纤维/不如芳纶纤维/环氧复合材料，折叠损伤主要表现在纤维损伤和树脂堆积。     

APC—2／AS4预浸料带热芯缠绕的显微特征

通过对ＡＰＣ－２／ＡＳ４热塑性预浸带缠绕过程的研究，分析了缠绕管件的断面显微特征，认为热塑性预浸带热芯缠绕成形过程中，形成孔隙的主要原因是层间的不良浸渍而非基体的降解。提高缠绕张力和树脂含量有利于孔隙的消除，但又对制件中树脂的均匀性及外表面尺寸稳定性有影响。     

成果简介

成果简介１国产碳纤维复合材料成型工艺本工艺的技术关键可归结为两点：（１）预浸胶带成型及质量控制;（２）容器层次设计及缠绕成型参数的建立。碳纤维是一种模量高于其他种纤维的脆性纤维。国外采用碳纤维缠绕压力容器,基本上均采用湿法缠绕成型。虽然该方法对碳纤维...     

贫胶预浸料-RTM成型工艺及其复合材料力学性能研究

针对RTM成型工艺中的定型、预制问题,提出了一种新型的贫胶预浸料-RTM成型工艺。采用湿法预浸工艺制备了贫胶预浸料及正常胶含量的预浸料,对比了贫胶预浸料-RTM工艺成型的复合材料及预浸料模压工艺成型的复合材料的力学性能。实验结果表明,RTM工艺过程中,树脂的流动充模过程可以有效排除附着于贫胶预浸料中的气体,减少孔隙等缺陷出现的概率,复合材料的内部质量能够得到有效地保证。同时,力学性能测试表明,贫胶预浸料-RTM工艺成型的复合材料的层间剪切性能及冲击后压缩性能优于预浸料模压工艺成型的复合材料。     

复合材料尾桨叶梁恒张力缠绕设计及应用

针对某直升机尾桨叶梁的异型缠绕进行分析.在对复合材料(预浸料)叶梁缠绕规律进行理论分析的基础上,建立了异型缠绕运动控制方程,给出了控制参数的数学描述.根据该缠绕理论设计了纤维缠绕机的张力控制系统.试验结果表明:张力波动控制在(70±3)N内,较好地满足使用要求.     

预浸带缠绕过程缠绕层温度场变化研究

为了研究工艺参数对复合材料缠绕层的温度分布的影响，采用经典热力学理论针对预浸带缠绕过程中的传热机制进行分析；基于缠绕过程中的周期性变化规律，同时以变化的旧层初始温度为传热模型的初始边界条件，构建预浸带缠绕温度分布模型，并通过Matlab编程获得一维热传递模型的精确数值解。理论分析了缠绕初始温度、缠绕速度及芯模温度对缠绕层温度变化的影响。结果表明，对缠绕层温度影响程度依次为芯模温度＞缠绕速度＞缠绕初始温度；而且无论影响参数如何变化，缠绕层的温度分布始终为内层温度较低，并随着径向位置增大，缠绕层温度也在逐渐升高，直到外层最高温度。此外，通过实验对比分析，说明该温度分布模型满足工程要求，可为缠绕工艺研究提供指导。     

一种中温透波自黏性树脂及复合材料性能研究

研制了一款中温透波自黏性树脂，对树脂的凝胶时间、流变性能等进行了测试，使用该树脂制备了中温透波自黏性玻璃纤维织物及石英纤维织物预浸料，对预浸料的物理性能进行了表征测试。研究了复合材料层合板的耐热性、力学性能和介电性能，结果表明复合材料玻璃化转变温度达148℃，具有优良的力学性能和介电性能，且在93℃时具有较高的力学性能保持率，满足使用要求。进行预浸料和蜂窝胶接，测试了试验件的剥离强度，结果表明滚筒剥离强度≥50N.mm/mm，树脂预浸料自黏性较好，夹层结构的滚筒剥离强度高 ，满足应用指标要求。与民机用典型进口预浸料体系CYCOM7701/7781对比，两种复合材料室温干态及93℃干态层间剪切性能相当，ACTECH1210/2221在耐热性与介电性能方面更具优势。     

光固化复合材料补片在飞机蒙皮修复中的应用

介绍了用光敏树脂浸渍纤维增强材料制成柔性预浸料修理补片 ,以胶接的方法贴补到飞机蒙皮的损伤区 ,在紫外光的照射下迅速固化 ,从而实施快速修复的一种方法。此项技术具有设备简单、结构增重小、修补强度高、易于成形、通用性强、操作简便的特点。     

缠绕复合材料壳体爆破压强的预测

针对缠绕复合材料壳体在内压作用下的破坏问题，基于连续损伤介质力学方法，建立了一种缠绕复合材料渐进损伤破坏分析模型。模型中考虑了纤维破坏、基体损伤和纤维/基体开裂3种破坏模式，并针对缠绕复合材料面内剪切非线性的实际，建立了面内剪切非线性模型。通过子程序UMAT将模型嵌入ABAQUS/Standard中，对含缺口缠绕复合材料试件拉伸过程进行了仿真计算，验证了模型的正确性。采用该模型对缠绕复合材料壳体的水压破坏过程进行了仿真分析，结果表明:内压作用下缠绕复合材料的最终破坏是由于纤维断裂导致的，且纤维破坏主要出现在环向层，基体破坏主要出现在纵向层。      

基于预浸纱自动铺放缺陷的分割算法

为保证预浸纱自动铺放成型制件的性能,基于图像处理技术,根据预浸纱表面图像沿纤维方向灰度均匀的特性,提出了一种结合灰度补偿和差影分割的缺陷分割算法。利用图像灰度补偿矩阵对图像进行灰度补偿,依据图像的灰度误差服从正态分布的特点剔除图像矩阵中的极大误差点,并建立标准背景图像,以允许差值系数K作为判据进行差影分割。结果表明:该算法对气泡、异物两种典型铺放缺陷分割效果好、速度快,为实现自动铺放缺陷在线监测提供了良好的理论基础。     

F-12 纤维/ 氰酸酯树脂基复合材料力学性能研究

采用预浸法缠绕工艺制备了F-12纤维/氰酸酯树脂基复合材料NOL环、层合板和φ150 mm压力容器,研究了F-12纤维/氰酸酯复合材料的力学性能以及断口微观形貌.研究结果表明,F-12纤维/氰酸酯复合材料的层间剪切强度≤35 MPa,φ150 mm压力容器特性系数PV/Wc值达到34.22 km,纤维强度转化率达到70.22％,断口破坏形式以F-12芳纶纤维撕裂和微纤化为主.