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典型缠绕复合材料试件制作与性能测试

来源:江苏优培德复合材料北京赛车平台 发布时间:2017-09-14 14:46:29 浏览人次:724

复合材料常常是各项异性材料,其设计分析方法与金属材料不同。复合材料的各项异性性能导致其与金属材料性能测试方法的差异。复合材与其说是材料不如说是结构更确切,它的性能与树脂基体、增强材料、工艺条件、存放时间和环境有多种因素有关。在进行复合材料设计工作之前对原材料性能进行测试是非常必要的,复合材料性能测试是材料选择,评价增强材料、树脂基体、界面性能、成型工艺条件和制造技术水平,以及制品设计的依据。

一、单向纤维复合材料平板

单向复合材料的弹性性能有0度、90度、45度方向的拉伸、压缩性能表征,纤维与树脂之间界面性能由弯曲及层间剪切试验表征。为评价材料性能,根据国家标准的具体要求,完成单向纤维复合材料平板的制作,再将纤维复合材料平板加工成各项试验方法要求的试样尺寸和数量。

1、单向纤维复合材料平板的制作

缠绕法是使从纱架上引出的纤维,依次通过张力器、胶槽、导纱辊、绕丝嘴,缠绕到芯模表面,最后固化成型。国家标准规定模板尺寸为270mm X 270mm,模板一次可缠绕制作两块平板(正反两面),能够加工拉伸、压缩、弯曲、层间剪切等性能试验所需试件数量。制作平板用聚四氟乙烯布作为脱模片铺覆在模具表面,不用脱模剂、预防脱模剂迁移到复合材料表面给粘接铝片工序带来困难。用少量硅酯使脱模片铺覆在模具表面时,能够很好的展平,避免试件固化后表面不光滑。

缠绕过程中通过张力控制装置调整每团纱的张力,张力应保持稳定。缠绕速度不超过30r/min。工艺过程中可使胶槽加热,降低树脂粘度,提高树脂对纤维的浸润性能。纤维应均匀地分布在模具表面直至所需厚度,缠绕层数按下式计算。

缠绕结束后,放上、下压板与厚度垫块,预紧螺栓,放置2小时左右,使多余树脂流出,均匀上紧螺栓,使模具上、下加压板与垫块接触,用锋利的刀片切断芯模两端的纤维,释放缠绕张力,避免固化后板翘曲变形。但过早切断纤维会使纤维排列不直。模具放入烘箱后按照规定的制度固化,温度控制精度为士3℃,自然冷却至室温,拆开模具,取出制备的平板加了成各种规格的试样。

2、试体的加工

单向纤维复合材料平板制备之后,清除表面灰尘,杂质等异物,根据国标要求的试样尺寸和数量,考虑到切割刀口宽度,用特种铅笔在平板上标出纤维方向及0度、90度、45度拉伸、压缩、弯曲试样加工区域,用金刚砂轮片在专用铣床上切割试样,试样形状和尺寸参见相应的国家标准。

3、加强片粘接

加强片用厚度为2-3mm正交铺层的玻璃纤维复合材料板或厚度1-3mm的铝板制作。用铝板制作加强片时,加强片表面应平整,用砂布打磨去除表面氧化层,并将加强片放在酸处理液中加热到65度,并放置15min,再用自来水冲洗干净,然后在105度下烘2小时,除去水分。处理后的加强片表面切勿用手触摸。

粘接加强片之前,用100目砂纸打磨试件表面,擦去表面灰尘,用醋酸乙酯清除脱模剂及表面油垢,在用CH3COCH3清洗一遍试件冰凉干。由于单向复合材料在纤维方向上的拉伸强度很高,拉伸试验时加强片容易滑脱,建议选用环氧618:200#聚酰胺:二缩水甘油醚:咪唑=100:80:15: 2。试件和加强片涂好粘接剂施加接触压力固化。固化制度为:室温升到60度,保温2小时再升温到120度,保温8小时后降温至室温。垂直纤维方向的拉伸试件和45度偏拉伸试件的强度较低,可采用常温胶粘剂。

加强片固化之后,在试件测试部位表面用砂纸打磨,露出纤维层,用CH3COCH3、醋酸乙酯处理去除表面油污,画好测量方向线,采用502胶粘剂粘贴应变片,应变片粘贴方向与被测材料性能方向一致,胶粘剂固化后即完成试件的制作工作了。

二、NOL环试样制作

纤维缠绕成型的高压容器及固体发动机壳体等内压容器在设计上通常采用网格理论分析,网格理论忽略基体刚度,载荷全部由纤维承担,NOL环试验方法就是在此基础上发展起来的。

NOL环试样通常在专门的小型缠绕机上缠绕成型,NOL环制造有两种方法:一是在专用组合模具单环缠绕,二是先缠绕环向圆筒,然后切制成环。环的外表面可以加工,也可以不加工。经过加工的环,其强度高,离散系数小。不加工的环,表面凸凹不平,表面树脂含量高,尺寸偏差大。筒切环比单个绕制环的强度低。这是因为从圆筒上切取环时,一些连续纤维被切断,降低了环的承载能力。实际试验中通常采用单个绕制的环。环的性能与缠绕张力、固化制度、纤维水分含量、纤维表面状态、树脂体系等均有一定关系,制造时应引起注意。

江苏优培德复合材料北京赛车平台致力于碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维等复合材料汽车及工业领域的高性能零件开发、试制及生产,配备有复合材料不同生产工艺如模压、RTM、真空导入、手糊等,根据不同的产品需求及量纲要求提供整体解决方案。



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