缝纫工艺对改善复合材料机械性能的研究.pdf
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1、l J z 1 4 2 0 0 2 年6 月 缝纫工艺对改善复合材料机械性能的研究 李学明张国利 ( 天津工业大学纺织复合材料研究所,天津,3 0 0 1 6 0 ) 摘要:研究缝纫工艺和R F I 制造技术对叠层板复合材料机械性能的影响程度。实验证明纵向缝纠增强工艺可使缝纫实驻 件的夸曲强度增加约1 6 拉伸强度降低89 。缝纫花型对叠层板的机械性能影响极小。 关词:复合材料缝纫R F I 技术弯曲强度拉伸强度研究 中圈法分类号:硎l6 3 4 R 通过优化选择树脂、增强材料的种类及类型并 采用先进的加工工艺与技术可制造出结构与性能具 有可设计性的树脂基碳纤维复合材料。实验证明在 低速冲击条
2、件下,层压板复合材料的强度和刚度会 因其内部的局部分层而降低,当层压板复合材料层 间应力大于层间强度时分层既会产生【1J ,改善层压 板复合材料的抗分层能力是目前国内外研究的热点 之一,开发高韧性树脂基体、多维纺织预制件技术和 襞纫工艺可有效地改进复合材料的损伤容限性能。 叠层技术与缝纫技术的有机结合,可使叠层板复合 材料在厚度方向上利用缝纫线进行增强,从而提高 层压板复合材料的层问强度水平和抗分层能力。本 课题通过设计不同的缝纫工艺参数,利用层压、R F I 技术分别制造预制件和层压板实验件,并分析缝纫 工艺影响碳纤维层压板复合材料相关实验结果。 1 实验材料与叠层预制件的制造 1 1 实验
3、材料 1 1 1增强织物C 。 A NP R 0 0 U C r sF r r Y L 1 D 生产的R C 2 7 5 H 5 型高强碳纤维织物,该织物 规格如表1 示: 毫lR c 2 7 5 巧织物规格【2 1 1 2 树脂c i b a G e i g y 制造的M 1 8 3 】( 克重为 6 0 0 9 b 2 ) 树脂膜 l2 叠层缝纫预制件的制造 一定层数未经树脂表面 处理的增强织物如按预先设 计的铺层角度叠合在一起, 其结构较为蓬松,相邻层间 作用力较弱,经裁剪处理后 的增强织物内的经纬纱线产 生一定移度的移动变形,特 别是叠层结构自由边部的纱线脱落现象相当严重。 增强织物中
4、纱线的移动及脱落程度直接影响缝纫的 产量和质量,实验证明在缝纫过程中,增强织物中的 经纬纱位置相对稳定可使缝纫线尽量靠近叠层结构 的自由边部位置,切实提高缝纫工艺的纵向增强效 果及整体结构的性能。在缝纫加工之前固定增强织 物中的纱线位置、提高叠层织物层间作用力最为有 效的方法为织物表面的树脂化处理,其基本原理是 在织物的表面喷撤一定量相容性B 态粉末状的树 脂,经加热、加压处理后得到合格的缝纫预制件, 1 2 1 织物表面的树脂化处理使用撤粉装置在 织物表面喷洒3 5 织物重量的3 M P T 5 0 0 粉状 树脂,然后使用电熨斗或热枪加热树脂直至凝胶,树 脂化处理的关键技术为该树脂的相容性
5、、凝胶温度 和固化温度等参数。经实验本工艺采用设定温度 1 0 0 ,加热时间约为1m i n 。 1 2 2 利用真空袋法制造叠层缝纫预制件真空 袋法制造预制件的原理是在贴附脱模布的金属板 上按规律 0 6 内。+ 4 s 。9 0 。一4 5 。0 。 。共1 2 屡进行铺 层,铺层角度如图1 示,其中O 表示经纱方向,9 0 。表 示纬纱为减少叠层板性能的偏差,铺层角度偏差应 小于5 。然后按顺序放置合适尺寸的金属板、无纺 布及真空袋,待真空阀按装完毕即密封真空袋,最后 在1 7 5 l 【P a 的真空压力下将整体在烘箱中加热定型, 其加工工艺曲线如图2 示。 2 缝纫工艺 由于玻璃纤
6、维的扭转和剪切强度低,耐磨性能 爹业I 护 舶1 织物铺层角度 囊圆羲Z r 。斋哥= _ “”。 圈2 真空袋法叠层预制件加工工艺 婀_ 是 1 霞 - 崩 捌 越 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺织学报第二十三卷第三期 :1 5 【5 1 】 差,与玻璃纤维、芳纶纤维相比,碳纤维的断裂伸长 率最低,造成缝纫过程中玻璃纤维、碳纤维缝纫线断 头率高,操作困难。因而实际生产中如无特定性能 要求,宜选用芳纶纤维作为缝纫线。本实验采用图 3 中的a 图
7、缝纫结构以提高织物内部缝纫线的伸直 程度,降低对增强织物纤维移动的影响程度。为比 较缝纫线轨迹的不同对固化后制品性能的影响,实 验中设计了两种缝纫花型:直线型和山型,其工艺参 数如表2 示。 翌曦 a ) 凳纫结构( b ) 直线型缝纫( c ) 山型肇纫 圈3 箍纫花型 寰2 缝纫工艺参数 注:N s 工艺为传统铺层结构,无纵向缝纫增强。 3R n 制造工艺 R F I 树脂膜注入是一种先进的复合材料加工技 术,其工艺原理如图4 示,首先将一定量的M 1 8 树 脂膜铺放在金属底板上,并根据加工制件的厚度、结 构调节树脂膜的铺放量,然后依次铺放碳纤维增强 缝纫预制件、脱膜布、金属盖板、针刺无
8、纺布和真空 袋,连接真空门并使整个R F I 结构具有较高的密封 程度。最后将整个结构置于热压罐中加压、加热固 化,固化工艺参数如图5 曲线示。试验件的设计尺 寸为:3 5 0 3 5 0 3 2 n l n l 。 4 脚试验件固化质量 R F I 试验件固化工艺与 质量的优劣直接影响到其厚 度误差、纤维体积含量及空 隙含量的大小,测试结果如 表3 示。 图4R F I 工艺原理 鬣毯 圈5 热压罐固化曲线 裹3 固化质量检验 工艺厚度偏差( ) 纤维体积古量1 7 7 ) 空隙串W ( 代码指标实测结果指标实测结果指标实测结果 N S 832 1 0 1 66 010 5 S S l 83
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- 缝纫 工艺 改善 复合材料 机械性能 研究
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