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    典型纏繞復合材料試件制作與性能測試

    來源:江蘇優培德復合材料有限公司 發布時間:2017-09-14 14:46:29 瀏覽人次:3256

    復合材料常常是各項異性材料,其設計分析方法與金屬材料不同。復合材料的各項異性性能導致其與金屬材料性能測試方法的差異。復合材與其說是材料不如說是結構更確切,它的性能與樹脂基體、增強材料、工藝條件、存放時間和環境有多種因素有關。在進行復合材料設計工作之前對原材料性能進行測試是非常必要的,復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水平,以及制品設計的依據。

    一、單向纖維復合材料平板

    單向復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,根據國家標準的具體要求,完成單向纖維復合材料平板的制作,再將纖維復合材料平板加工成各項試驗方法要求的試樣尺寸和數量。

    1、單向纖維復合材料平板的制作

    纏繞法是使從紗架上引出的纖維,依次通過張力器、膠槽、導紗輥、繞絲嘴,纏繞到芯模表面,最后固化成型。國家標準規定模板尺寸為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、預防脫模劑遷移到復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整每團紗的張力,張力應保持穩定。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。纖維應均勻地分布在模具表面直至所需厚度,纏繞層數按下式計算。

    纏繞結束后,放上、下壓板與厚度墊塊,預緊螺栓,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格的試樣。

    2、試體的加工

    單向纖維復合材料平板制備之后,清除表面灰塵,雜質等異物,根據國標要求的試樣尺寸和數量,考慮到切割刀口寬度,用特種鉛筆在平板上標出纖維方向及0度、90度、45度拉伸、壓縮、彎曲試樣加工區域,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的國家標準。

    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膠粘劑粘貼應變片,應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環試樣制作

    纖維纏繞成型的高壓容器及固體發動機殼體等內壓容器在設計上通常采用網格理論分析,網格理論忽略基體剛度,載荷全部由纖維承擔,NOL環試驗方法就是在此基礎上發展起來的。

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

    江蘇優培德復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合材料汽車及工業領域的高性能零件開發、試制及生產,配備有復合材料不同生產工藝如模壓、RTM、真空導入、手糊等,根據不同的產品需求及量綱要求提供整體解決方案。



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