基于探针试验的预浸料黏性内聚力模型

以预浸料黏性为研究对象,通过探针试验,研究了预浸料铺放过程中预浸料与模具之间的脱粘失效行为及其随铺放工艺参数的变化规律。试验中发现铺放速率、压力和温度对预浸料黏性行为影响显著,且存在界面失效（低温）和内聚失效（高温）两种失效模式。针对这一现象,采用指数内聚力模型（CZM）表征了预浸料的黏性行为,利用该模型描述了不同铺放温度下粘结层应力快速上升、损伤扩展和最终失效的脱粘过程,定量地给出了黏性CZM参数与铺放工艺参数之间的关系。研究结果表明,预浸料粘结强度和特征位移均随铺放速率增加而近似线性减小,均随铺放压力增加而近似线性增大。随铺放温度的增加,黏性CZM参数先增大后减小,近似呈二次关系。为制定特定铺放条件下的铺放工艺规划提供参考。     

面向自动铺放的预浸料动态黏性实验研究

为解决自动铺放过程中预浸料铺贴适宜性问题,以预浸料对模具黏附性及预浸料自身黏附性为考察对象,试制了一套基于剥离实验的动态黏性测试装置,并结合本装置对剥离实验机理加以分析。采用固定其中2种参数,考察第3种参数法研究压力和温度对预浸料与模具及自身黏附性行为的影响。结果表明,2种模式下随着压力的增大,动态刚度值和黏性值均增大;随着温度的升高,动态刚度值降低,黏性值先增大后降低。该研究结果为后续自动铺放工艺研究奠定了理论基础。     

面向自动铺放的预浸料动态黏性实验研究简

 为解决自动铺放过程中预浸料铺贴适宜性问题,以预浸料对模具黏附性及预浸料自身黏附性为考察对象,试制了一套基于剥离实验的动态黏性测试装置,并结合本装置对剥离实验机理加以分析。采用固定其中2种参数,考察第3种参数法研究压力和温度对预浸料与模具及自身黏附性行为的影响。结果表明,2种模式下随着压力的增大,动态刚度值和黏性值均增大;随着温度的升高,动态刚度值降低,黏性值先增大后降低。该研究结果为后续自动铺放工艺研究奠定了理论基础。     

温度对预浸料铺放效果的影响

为了有效控制自动铺带成型工艺参数,针对自动铺带成型工艺过程,分析了自动铺带成型过程中温度对预浸料铺放效果的影响.在一定的压力和速度作用下,根据温度对自动铺带过程中预浸料基体流动性的影响,提出了一种基于热弹性理论来计算预浸料形变的方法.针对预浸料的铺覆性和形变进行自动铺放试验,验证了在自动铺带过程中温度对预浸料黏附性和带...     

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。     

自动铺放工艺的复合材料预浸带的适宜性评价方法

依据自动铺带头的结构从离型纸与预浸带的作用、预浸带间的粘附性、预浸带对模具的粘附性这3个影响自动铺放成功的方面简介了预浸带的自动铺放适宜性的评价方法。首先,通过离型纸剥离力的测量和比较可以选择出适合自动铺放的离型纸。其次,通过楔子剥离测试预浸带间的平均剥离力,为选择出一定温度下适宜自动铺放的预浸带提供了参考。最后,通过预浸带与垂直金属板间的粘性测量,为选择适宜在金属模具表面自动铺放的预浸料提供指导。     

先进树脂基复合材料固化过程的铺放缺陷演变规律研究

以纤维皱曲此类典型铺放缺陷为研究对象,研究了预浸料-热压罐工艺过程中复合材料铺放缺陷的演变规律,并对其固化后成形质量及力学性能进行对比分析。研究表明:较短预浸料铺贴及适中的固化压力,有利于提高固化过程中纤维顺应性及试件平整性,可有效弱化纤维皱曲此类铺放缺陷;本实验条件下,70mm复合材料试片在0.4 MPa固化压力下对铺放缺陷的改善效果相对最显著,固化后试片可获得相对较高的力学性能。     

蜂窝夹层结构自动铺丝工艺试验研究与优化

夹层结构的自动铺丝存在蜂窝塌陷、倒角处架桥、铺丝头与蜂窝干涉碰撞等问题。为了解决以上问题,对蜂窝夹层结构的自动铺丝工艺进行了研究,包括材料加热参数、压实力的选择,铺放路径的仿真规划,蜂窝芯材的台阶设计,以及蜂窝极限边角等。对蜂窝夹层结构的铺丝路径进行了设计并实际铺放,对铺放过程的缺陷及其产生原因进行了分析,并得到优化验证。研究发现加热参数会影响预浸料的铺贴性,温度过高会使预浸料灼伤。为保证铺贴质量,蜂窝倒角不宜超过30°,并且蜂窝与底面需平滑过渡,最后蜂窝的位置需与设计严格一致。     

适用自动铺丝工艺的中模高强碳纤维预浸料研究

目前,自动铺丝技术是航天航空大型结构件制备工艺的发展方向,而中模高强碳纤维预浸料适用于航天航空主承力结构件的制备,达到减重的需求,因此,自动铺丝工艺用中模高强碳纤维预浸料的研究至关重要。采用HF40A中模高强碳纤维匹配EH918树脂体系,开展了预浸料的自动铺丝工艺适用性研究。通过与满足自动铺丝工艺的某预浸料对比分析,确定了满足自动铺丝工艺要求的EH918/HF40A;对比手工铺放与自动铺丝制备的板材的力学性能,数据表明,自动铺丝板材的力学性能与手工铺放板材性能相当,无明显差异;采用该材料和自动铺丝工艺制备了典型部件,并进行了无损测试,其质量满足指标要求。     

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。     

薄壁曲面复合材料层合板成型工艺参数与形面精度影响规律

为了得到高形面精度复合材料层合板适用的成型工艺控制方法,本文针对典型的Φ500 mm直径曲面球冠结构复合材料层合板,设计了6组不同工艺参数的成型对比实验,分析出边缘效应、铺放方式、固化温度等参数对层合板固化变形量的影响规律。研究表明,增加碳纤维模量和降低预浸料单层厚度可提高层合板形面精度;层合板铺放尺寸超过直径的5%可降低边缘效应的影响;自动铺丝技术铺放质量一致性高,手工铺层可以制造出高形面精度的层合板,但相对发生概率低;降低层合板固化温度和降温速率能够有效地提高层合板的形面精度。实验结论对复合材料高精度成型具有一定的指导意义。     

碳纤维/环氧树脂超薄预浸料成型工艺及胶膜匹配性研究

采用DSC分析了超薄碳纤维预浸料CF832/T700所用树脂体系的固化反应动力学参数,通过正交试验研究了预吸胶工艺参数及固化工艺参数对超薄碳纤维复合材料层合板力学性能的影响规律,选用EA9696NW、LWF–2B和FM73M 3种不同胶膜对超薄预浸料面板与蜂窝芯共固化以确定最匹配的胶膜。结果表明,CF832/T700预浸料的固化反应活化能为85.98k J/mol,反应级数为一级反应,固化反应较慢,前固化温度、固化温度和后固化温度分别为115℃、135℃、171℃;通过弯曲及拉伸性能确定出的最佳预吸胶工艺参数为预吸胶温度60℃、预吸胶压力0.3MPa、预吸胶时间10min,最佳固化工艺参数为固化温度130℃、固化压力0.4MPa、固化时间2.5h;EA9696NW胶膜对超薄预浸料面板及蜂窝芯的共固化效果最好。     

铺放参数对复合材料厚度方向力学行为影响

为了探究铺放工艺参数的变化对复合材料厚度方向力学行为的影响,通过面外拉伸实验分析了铺放压力与铺放温度对复合材料厚度方向面外拉伸强度与拉伸模量的影响,并对不同铺放工艺的试件失效模式进行了分析。试验结果表明,增大铺放压力会减小层间富树脂区厚度,使复合材料面外拉伸强度不断增大,当铺放压力为0.225 MPa时取得实验组最大值,与铺放压力0.075 MPa相较强度提升约13.1%,失效模式由纤维断裂与纤维层剥离的组合转变为纤维断裂;铺放压力的进一步增大会挤压层间树脂,改变树脂富集形态,使面外拉伸强度下降,剥离失效模式再度出现。实验用复合材料的适宜铺放温度为30℃,过高的铺放温度会导致孔隙率的上升,使复合材料的面外拉伸强度严重下降,裂纹扩展失去规律性;与铺放温度25℃相比,铺放温度为45℃时复合材料面外拉伸强度下降达19.2%,失效模式由纤维断裂与纤维层剥离的组合失效转化为单一的纤维层剥离失效。     

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。     

自动铺带中红外加热技术研究

为保证复合材料预浸带始终处于适宜铺放成型的工艺窗口内,自动铺带( ATL)成型过程中需要对预浸带的铺放温度进行精确控制.为适应高速率自动铺放,需要研究新的高效加热及精确控制方法.本文提出高加热效率、高响应速率的红外辐射加热方案.通过对红外热源与预浸带能量传输过程的分析,提出了红外加热过程中各传递系数的计算方法和公式.基...     

丝束张力对自动铺丝成型工艺的影响

为获得良好的铺丝成型质量,通过理论分析和实际铺放实验,从送丝质量和铺放质量两个角度出发,研究了丝束张力对自动铺丝成型工艺的影响。送丝实验发现,丝束张力的大小对送丝精度和送丝可靠性影响显著;铺放实验发现,过大或过小的丝束张力都会导致铺放质量的下降,铺放过程中丝束张力维持在合理的范围内;基于铺放过程中预浸丝束的受力分析,探究了不同铺放条件下铺放张力对铺放质量的影响,讨论了影响丝束张力取值范围的因素,建立了丝束张力取值范围的计算公式并对该公式的合理性进行了实验性验证。最终得出结论,丝束张力是自动铺丝成型工艺的重要工艺参数之一,铺放中丝束张力的取值应随曲面形状和铺放轨迹的改变而调整,并与其他铺放工艺参数相匹配以实现铺放质量的最优化。     

面向复杂回转体的T700级碳纤维/双马树脂材料铺放适应性

为了研究面向复杂回转体的T700级碳纤维/双马树脂材料的铺放适应性,测试了3种T700级碳纤维/双马树脂材料的T型剥离强度及悬垂性,进行了曲率铺放性能对比研究,确定了最佳的T700级碳纤维/双马树脂材料。针对该材料,研究了不同工艺参数（铺放温度、铺放压力、铺放速度）在不同转向半径下对铺放质量的影响,并提出一种新的铺放质量评定方法。材料对比实验结果表明,在一定范围内,适当提高材料的刚性和层间黏结力对材料的铺放性能有明显改善,其中提高层间黏结力效果更加显著,并最终选用T700级碳纤维/双马树脂材料3作为复杂回转体的铺放材料。工艺优化实验发现,当铺放速度小于32 mm/s时,极限转向半径降低至1 000 mm。结合铺放效率,获得复杂回转体的最佳铺放工艺参数为F=800 N、T=40 ℃、v=32 mm/s,且在2 h内进行下层铺放,从而提高铺放质量及铺放效率,解决工程化应用问题。     

预浸料厚坯超声切割工艺研究

 预浸料厚坯超声切割技术,具有无刀具磨损、加工速度快、加工精度高、无粉尘污染等优势,切割质量优异,在国外已得到了广泛应用,而国内目前仍处于初期研究阶段。本文以航空航天应用为主的碳纤维预浸料厚坯为实验材料,研究了切割温度、切割速度以及切割能量等切割工艺参数对切割质量的影响。研究结果表明,对于一定厚度的预浸料厚坯,最优的切割工艺参数组合:切割温度为5℃,切割速度为1.0 m/min,切割能量为8级。该研究方法与研究成果为超声切割技术在预浸料切割中的应用奠定了基础。     

复合材料预浸带自动铺放适宜性试验研究

对一种型号的预浸带,黏性与铺覆性是评价其铺放适宜性的重要指标,而铺放适宜性对铺放工艺过程成功与否有重要影响。因此,研究预浸带黏性及铺覆性,并分析铺放工艺参数对黏性及铺覆性的影响具有工程意义。     

高柔性低面密度预浸料的制备与性能研究

考察了高韧性预浸料用环氧树脂体系黏度对预浸料加工工艺的影响,探讨了涂膜和预浸复合工艺参数对预浸料质量的影响,采用热熔法工艺成功制备了高柔性低面密度预浸料。评价了预浸料的质量参数,单层厚度达到(25±5)μm,具有优良的粘结性和铺覆性。力学性能测试结果表明,相对于常规厚度预浸料,高柔性低面密度预浸料复合材料的层间断裂韧性、层剪强度和弯曲强度分别提高了19%、27.7%和15.3%。微观形貌观察表明高柔性低面密度预浸料制备的复合材料具有较好的界面结合强度。