高性能纤维增强树脂基复合材料3D打印及其应用探索

纤维增强树脂基复合材料具有优异的力学性能,能够实现轻质、高性能结构的制造,但传统的成型工艺过程复杂、成本高,难以实现纤维回收利用,限制了纤维增强树脂基复合材料的广泛应用.3D打印技术是一种新兴的零件成形工艺,将3D打印技术应用于纤维增强树脂基复合材料的制造,为实现复合材料低成本、绿色制造提供了可能性.综述了纤维增强树脂基复合材料3D打印技术研究的发展现状,提出了一种高性能连续纤维增强热塑性复合材料3D打印工艺及其回收再制造策略.     

增材制造——面向航空航天制造的变革性技术

增材制造技术在航空航天应用方面具有单件小批量的复杂结构快速制造优势,未来将向着设计、材料和成形一体化方向发展。分析了增材制造在航空航天领域应用发展的3个层面,以航空发动机涡轮叶片增材制造、高性能聚醚醚酮（PEEK）及其复合材料、连续纤维增强树脂复合材料及太空3D打印为主题,介绍了增材制造技术国内外以及西安交通大学的研究状况。涡轮叶片应用增材制造工艺可以有效提高效率降低成本,未来向高性能的高温合金和陶瓷基复合材料增材制造技术发展。高性能轻质聚合物PEEK及其复合材料增材制造在高力学性能结构件、吸波功能件的成形中得到应用,将改变现有的设计与材料,推动结构与功能一体化发展。连续纤维复合材料增材制造将带动无模具纤维复合材料成形的新发展,在太空3D打印将改变未来航空航天制造模式。增材制造技术将给航空航天制造技术带来变革性发展。     

高性能纤维增强树脂基复合材料3D打印

3D打印技术是一种逐层成形的增材制造技术,而纤维增强树脂基复合材料是一种力学性能优异的先进结构材料,结合3D打印的工艺先进性和纤维的材料性能优势,提出新型的纤维增强树脂基复合材料3D打印工艺,为进一步促进两者共同发展与应用提供了可能。综述并分析了纤维增强树脂基复合材料3D打印技术的研究现状与瓶颈,提出了一种连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印工艺,将3D打印丝材制备、3D打印预成型体、3D打印预成型体固化分隔成3个独立的模块,并根据不同模块设计搭建了不同的试验平台及设备,成功制备得到了连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印构件,还测试得出其(纤维含量为52%)拉伸强度及拉伸模量分别达到1325.14MPa和100.28GPa;弯曲强度及弯曲模量分别为1078.03MPa和80.01GPa;层间剪切强度为58.89MPa。大幅提高了纤维增强树脂基复合材料3D打印成型构件的力学性能。     

碳纤维增强热塑性复合材料盒形件热冲压成型研究

碳纤维增强热塑性复合材料型材传统成型工艺存在操作复杂、成型效率低、成本高、不适合大批量生产等问题,限制其在航空航天领域的大规模应用。为改善成型工艺,提出一种采用模具直接加热纤维增强复合材料板的热冲压成型方法,通过板料拉伸试验和盒形件热拉深成型试验,研究纤维铺向工艺参数以及分析成型过程中试件纤维变形,得出极限拉深深度及成型极限剪切角。针对纤维编织复合材料盒形件热冲压成型,建议采用坯料纤维经纬方向与模具直边平行的放置方式。     

连续纤维增强热塑性复合材料热压成型工艺研究进展

连续纤维增强热塑性复合材料（CoFRTP）具有损伤容限高、成型周期短及可回收利用等优点,在航空航天及新能源汽车等领域能够规模化应用。热压成型工艺因其高效率、低成本的优势得到广泛的关注,但由于该工艺涉及成型参数多,以及成型过程中材料大变形、非线性、多相变等多场耦合的特点,所制构件易产生褶皱、纤维开裂及外形尺寸变形过大等质量缺陷,对构件力学性能的稳定及后期装配带来极大挑战。为克服传统试错法低效率、高成本的缺点,提高热压成型设计效率,本文重点对热压成型工艺及其相应有限元数值仿真方法进行综述。本文从CoFRTP应用现状及制造关键、热压成型工艺过程分析及研究现状和热压成型工艺仿真方法 3个方面展开,最后对后续的研究工作进行展望。本文将为CoFRTP高效率和高质量成型提供理论指导,对相应的结构设计和工程应用起到推动作用。     

空间时代材料工艺的新进展：（Ⅱ） 新型热塑性复合材料

本文是“空间时代材料工艺的新进展”的第二部分,主要介绍1988、1989年杜邦公司在新型热塑性复合材料方面取得的进展,包括:复合材料制造方法的最新发展,供先进飞机和航天应用的AVIMID复合材料,一种新型热可成型复合材料板材和纤维与基体界面的研究方法。     

高性能热塑性复合材料在直升机结构上的应用与展望

高性能热塑性复合材料具有高韧性、优异的抗冲击损伤性能及较佳的抗疲劳性能,特别适用于以起落架、尾段、桨毂中央件及传动轴等为代表的直升机高损伤阻抗、高抗疲劳及弹击损伤容限设计需求特定结构部位。高性能热塑性复合材料在国外直升机上的应用正从实现关键层板结构部位全面应用拓展至复合材料夹层结构部位,并大量采用原位自动纤维铺放(automated fiber placement,AFP)等自动化、低成本制造技术和虚拟实验等低成本验证技术,受限于国产热塑性复合材料技术成熟度较低和新研复合材料体系传统积木式方法应用验证的高昂成本及漫长周期,国内直升机热塑性复合材料应用尚处于起步阶段,未来需要重点解决国产热塑性复合材料的性能稳定性及一致性以及在此基础之上的低成本自动化制造工艺、配套低密度耐高温芯材及高效率高置信度虚拟认证技术。     

缝合技术在复合材料液体成型预制体中的应用研究

以碳纤维为增强体的先进复合材料与传统金属材料相比,具有比强度和比刚度高、可设计性强、疲劳性能好、耐腐蚀、便于制造大型整体件等优点.随着复合材料设计和制造技术的不断发展和成熟,先进复合材料在军、民用飞机上的用量也在不断增加.随着复合材料用量的增加,其制造成本过高的问题也愈发显得突出.由于在复合材料总成本中制造成本约占60％～70％,低成本复合材料技术成为当今世界复合材料领域开发研究的核心问题之一[1].低成本的成型工艺方法是今后复合材料应用研究的主要方向.树脂传递模塑(Resin Transfer Molding)、RFI (Resin Film Infusion)等复合材料液体成型技术自出现以来由于其工艺上具有成形效率高、成本低、污染小、适合成型大型复杂构件等优点而倍受人们的关注.     

混纤纱制备热塑性复合材料研究评述

对各种热塑性纤维/增强纤维混杂纤维束进行了简要的描述,指出了混纤纱法是一种很有发展前途的热塑性复合材料制备方法.概述了混纤纱的制备方法、混纤纱的编织工艺、由混纤纱制备复合材料成型工艺以及混纤热塑性复合材料的性能,并对混纤复合材料的应用和此领域中目前所存在的主要问题等进行简单概括,提出了作者自己的观点.     

热塑性树脂基复合材料的热成型

本文简要介绍了热塑性树脂基复合材料的基本特点、主要原材料、热成型工艺与设备,着重介绍长纤维增强热塑性树脂基复合材料的热成型工艺,并与热固性树脂基复合材料对比,分析其优缺点及存在的问题,同时展望其应用与发展前景。     

新型含甲基苯基硅芳醚芳炔树脂的制备与性能

以1,4-二(4’-乙炔苯氧基)苯与甲基苯基二氯硅烷为原料,通过格氏反应合成具有二苯醚结构的含甲基苯基硅芳醚芳炔(PSEA-P2)树脂,进而制备其碳纤维增强复合材料。通过核磁共振(1H-NMR)、红外光谱(FT-IR)、差热分析(DSC)、热重分析(TGA)、动态热机械分析(DMA)等分析手段对树脂及其复合材料的结构与性能进行表征。结果表明:PSEA-P2树脂加工窗口为110~175℃,适合复合材料模压成型;树脂浇铸体具有优良的力学强度和耐热性能,在室温~450℃未出现玻璃化转变,弯曲强度可达54.3MPa,氮气下热分解温度Td5达到531℃;T300碳纤维增强复合材料室温下弯曲强度可达518.0MPa,400℃下弯曲强度保留率为53%。