連續(xù)碳纖維熱塑性預(yù)浸帶的制備機理及實驗研究.docx

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1、連續(xù)碳纖維熱塑性預(yù)浸帶的制備機理及實驗研究碳纖維具有優(yōu)異的綜合性能。在碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈,預(yù)浸料是其中間環(huán)節(jié)。帶狀的預(yù)浸料(簡稱預(yù)浸帶)廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域的碳纖維復(fù)合材料零件制造,如飛機機翼、汽車車身、風(fēng)機葉片等。連續(xù)型碳纖維熱塑性預(yù)浸帶,由于力學(xué)性能優(yōu)異、可回收利用,是預(yù)浸帶的新發(fā)展方向。然而,目前生產(chǎn)的該類型預(yù)浸帶的絲束寬度和均勻度相對離散、浸漬的樹脂分布均勻度不足。因此,針對連續(xù)碳纖維熱塑性預(yù)浸帶制備的兩大關(guān)鍵技術(shù)——展絲和粉末浸漬,開展理論和技術(shù)的研究,具有重要的意義。全文主要研究內(nèi)容如下:(1)連續(xù)碳纖維熱塑性預(yù)浸帶試驗線的工藝設(shè)計及優(yōu)化。本課題采用

2、粉末流化浸漬法制備連續(xù)碳纖維熱塑性預(yù)浸帶。其制備流程可分為五步:放卷、氣流展絲、粉末涂覆、樹脂浸潤、收卷。其中,最核心的是氣流展絲、粉末涂覆和樹脂浸潤。(2)碳纖維氣流展絲的數(shù)值分析與實驗。通過對氣流展絲過程的力學(xué)分析,本文提出了氣流展絲寬度和均勻度的數(shù)值模型,設(shè)計并搭建了氣流展絲實驗平臺,進(jìn)行了碳纖維絲束氣流展絲實驗。數(shù)值分析與實驗結(jié)果一致。通過綜合分析,最優(yōu)的展絲工藝參數(shù)為:氣流速度7.5m/s,纖維傳輸速度1.5m/min,絲束張力為120gf。(3)碳纖維粉末浸漬的數(shù)值分析與實驗。粉末浸漬過程分為兩步:粉末涂覆和樹脂浸潤。本文通過對粉末涂覆機理的

3、分析,進(jìn)行了粉末涂覆正交試驗和單因素試驗,得到了各參數(shù)對樹脂含量的影響。建立了樹脂浸潤碳纖維絲束所需時間的理論模型,并進(jìn)行了樹脂浸潤實驗。實驗結(jié)果與理論模型的變化趨勢一致。(4)連續(xù)碳纖維熱塑性預(yù)浸帶的性能分析。本課題開發(fā)了一條粉末流化浸漬法制備連續(xù)碳纖維熱塑性預(yù)浸帶的試驗線。通過該試驗線連續(xù)生產(chǎn)了100米熱塑性預(yù)浸帶,其展絲寬度誤差在1mm內(nèi),樹脂含量誤差也小于1%。