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典型纏繞復(fù)合材料試件制作與性能測試

來源:江蘇優(yōu)培德復(fù)合材料有限公司 發(fā)布時間:2017-09-14 14:46:29 瀏覽人次:4747

復(fù)合材料常常是各項異性材料,其設(shè)計分析方法與金屬材料不同。復(fù)合材料的各項異性性能導(dǎo)致其與金屬材料性能測試方法的差異。復(fù)合材與其說是材料不如說是結(jié)構(gòu)更確切,它的性能與樹脂基體、增強材料、工藝條件、存放時間和環(huán)境有多種因素有關(guān)。在進行復(fù)合材料設(shè)計工作之前對原材料性能進行測試是非常必要的,復(fù)合材料性能測試是材料選擇,評價增強材料、樹脂基體、界面性能、成型工藝條件和制造技術(shù)水平,以及制品設(shè)計的依據(jù)。

一、單向纖維復(fù)合材料平板

單向復(fù)合材料的彈性性能有0度、90度、45度方向的拉伸、壓縮性能表征,纖維與樹脂之間界面性能由彎曲及層間剪切試驗表征。為評價材料性能,根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的具體要求,完成單向纖維復(fù)合材料平板的制作,再將纖維復(fù)合材料平板加工成各項試驗方法要求的試樣尺寸和數(shù)量。

1、單向纖維復(fù)合材料平板的制作

纏繞法是使從紗架上引出的纖維,依次通過張力器、膠槽、導(dǎo)紗輥、繞絲嘴,纏繞到芯模表面,最后固化成型。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定模板尺寸為270mm X 270mm,模板一次可纏繞制作兩塊平板(正反兩面),能夠加工拉伸、壓縮、彎曲、層間剪切等性能試驗所需試件數(shù)量。制作平板用聚四氟乙烯布作為脫模片鋪覆在模具表面,不用脫模劑、預(yù)防脫模劑遷移到復(fù)合材料表面給粘接鋁片工序帶來困難。用少量硅酯使脫模片鋪覆在模具表面時,能夠很好的展平,避免試件固化后表面不光滑。

纏繞過程中通過張力控制裝置調(diào)整每團紗的張力,張力應(yīng)保持穩(wěn)定。纏繞速度不超過30r/min.工藝過程中可使膠槽加熱,降低樹脂粘度,提高樹脂對纖維的浸潤性能。纖維應(yīng)均勻地分布在模具表面直至所需厚度,纏繞層數(shù)按下式計算。

纏繞結(jié)束后,放上、下壓板與厚度墊塊,預(yù)緊螺栓,放置2小時左右,使多余樹脂流出,均勻上緊螺栓,使模具上、下加壓板與墊塊接觸,用鋒利的刀片切斷芯模兩端的纖維,釋放纏繞張力,避免固化后板翹曲變形。但過早切斷纖維會使纖維排列不直。模具放入烘箱后按照規(guī)定的制度固化,溫度控制精度為士3℃,自然冷卻至室溫,拆開模具,取出制備的平板加了成各種規(guī)格的試樣。

2、試體的加工

單向纖維復(fù)合材料平板制備之后,清除表面灰塵,雜質(zhì)等異物,根據(jù)國標(biāo)要求的試樣尺寸和數(shù)量,考慮到切割刀口寬度,用特種鉛筆在平板上標(biāo)出纖維方向及0度、90度、45度拉伸、壓縮、彎曲試樣加工區(qū)域,用金剛砂輪片在專用銑床上切割試樣,試樣形狀和尺寸參見相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。

3、加強片粘接

加強片用厚度為2-3mm正交鋪層的玻璃纖維復(fù)合材料板或厚度1-3mm的鋁板制作。用鋁板制作加強片時,加強片表面應(yīng)平整,用砂布打磨去除表面氧化層,并將加強片放在酸處理液中加熱到65度,并放置15min,再用自來水沖洗干凈,然后在105度下烘2小時,除去水分。處理后的加強片表面切勿用手觸摸。

粘接加強片之前,用100目砂紙打磨試件表面,擦去表面灰塵,用醋酸乙酯清除脫模劑及表面油垢,在用CH3COCH3清洗一遍試件冰涼干。由于單向復(fù)合材料在纖維方向上的拉伸強度很高,拉伸試驗時加強片容易滑脫,建議選用環(huán)氧618:200#聚酰胺:二縮水甘油醚:咪唑=100:80:15: 2。試件和加強片涂好粘接劑施加接觸壓力固化。固化制度為:室溫升到60度,保溫2小時再升溫到120度,保溫8小時后降溫至室溫。垂直纖維方向的拉伸試件和45度偏拉伸試件的強度較低,可采用常溫膠粘劑。

加強片固化之后,在試件測試部位表面用砂紙打磨,露出纖維層,用CH3COCH3、醋酸乙酯處理去除表面油污,畫好測量方向線,采用502膠粘劑粘貼應(yīng)變片,應(yīng)變片粘貼方向與被測材料性能方向一致,膠粘劑固化后即完成試件的制作工作了。

二、NOL環(huán)試樣制作

纖維纏繞成型的高壓容器及固體發(fā)動機殼體等內(nèi)壓容器在設(shè)計上通常采用網(wǎng)格理論分析,網(wǎng)格理論忽略基體剛度,載荷全部由纖維承擔(dān),NOL環(huán)試驗方法就是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

NOL環(huán)試樣通常在專門的小型纏繞機上纏繞成型,NOL環(huán)制造有兩種方法:一是在專用組合模具單環(huán)纏繞,二是先纏繞環(huán)向圓筒,然后切制成環(huán)。環(huán)的外表面可以加工,也可以不加工。經(jīng)過加工的環(huán),其強度高,離散系數(shù)小。不加工的環(huán),表面凸凹不平,表面樹脂含量高,尺寸偏差大。筒切環(huán)比單個繞制環(huán)的強度低。這是因為從圓筒上切取環(huán)時,一些連續(xù)纖維被切斷,降低了環(huán)的承載能力。實際試驗中通常采用單個繞制的環(huán)。環(huán)的性能與纏繞張力、固化制度、纖維水分含量、纖維表面狀態(tài)、樹脂體系等均有一定關(guān)系,制造時應(yīng)引起注意。

江蘇優(yōu)培德復(fù)合材料有限公司致力于碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維和玄武巖纖維等復(fù)合材料汽車及工業(yè)領(lǐng)域的高性能零件開發(fā)、試制及生產(chǎn),配備有復(fù)合材料不同生產(chǎn)工藝如模壓、RTM、真空導(dǎo)入、手糊等,根據(jù)不同的產(chǎn)品需求及量綱要求提供整體解決方案。



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