纤维增强热塑性树脂预浸料的制备工艺及研究进展

热塑性复合材料因冲击韧性高、环境适应性强、可回收利用等优点,被广泛应用于汽车制造、航空航天、国防军工等领域。但因热塑性树脂加热熔融后较高的黏度使其很难与纤维充分浸渍。预浸料作为制造复合材料的中间材料,现阶段制备工艺已相对成熟,预浸料中纤维已被树脂浸润,因此通过预浸料制备的复合材料孔隙率较低。本文介绍了现阶段常用的热塑性预浸料制备方法及各自的优缺点,包括溶液浸渍法、熔融浸渍法、粉末浸渍法、薄膜叠层法、纤维混杂法以及反应链增长浸渍法。阐述了热塑性树脂熔体浸润纤维的浸渍机理,对浸渍机理的部分研究成果进行了概括。概述了浸渍温度、浸渍压力和牵引速率对预浸带性能的影响。最后指出了国内预浸料生产中存在的主要问题,未来可采用多学科结合、纤维树脂改性、对浸渍过程进行计算机模拟等方法促进热塑性预浸带的产业化发展。     

高压静电场对玻璃纤维增强聚丙烯复合材料预浸料浸渍和断裂的影响

采用熔融浸渍工艺生产连续纤维增强热塑性树脂基复合材料,纤维预分散至关重要。结合现有机械分散装置,根据纤维束在高压静电场受静电场力的原理,设计并引入高压静电场分丝装置,对纤维束进行二次分散。结果显示,经过高压静电场分丝,促进了纤维束分散和纤维单丝之间的均匀性,改善了连续玻璃纤维增强聚丙烯（GF/PP）复合材料预浸料纤维和聚合物表面结合,降低了纤维分丝过程中的磨损和断裂,使通过此法制得的GF/PP复合材料预浸料的力学性能得到显著提升。实验表明,当静电场上下极板之间距离为20 cm、高压静电场电压30 kV时,GF/PP复合材料预浸料力学性能最优。     

高性能热塑性树脂基复合材料复合方法及成型工艺简介

芳香族聚合物一类新型热塑性工程塑料的出现,有可能代替某些热固性树脂基体制作长纤维增强复合材料。国外对热塑性工程塑料树脂基复合材料进行了大量的研究,已经成功地应用于航空航天事业。保证这种材料取代某些热固性树脂基复合材料的前提是预浸带制造方法和成型工艺技术的实施。本文将对热塑性树脂基复合材料的预浸带制备及成型方法作一简单分析介绍。      

PEEK基体热塑性树脂基复合材料的研究

介绍了热塑性树脂基复合材料用ＰＥＥＫ树脂的性能，静电粉末法制备热塑性树脂预浸料的设备和工艺，用该工艺制备的预浸料规格和性能以及ＡＳ４Ｃ单向织物／ＰＥＥＫ复合材料的力学性能，韧性，耐环境性能，同时还介绍了将这种材料用于宇航工业而进行的基础研究工作。     

零吸胶炭纤维增强高温固化环氧复合材料预浸料研制

针对大尺寸、大厚度复合材料构件对“零吸胶”预浸料的需求,对低树脂含量炭纤维增强高温固化环氧复合材料预浸料进行了研制,并对预浸料的外观和物理性能、复合材料基本力学性能及成型工艺性能进行了研究.通过对预浸料制造工艺参数的优化,研制出了低树脂含量炭纤维增强高温固化环氧复合材料预浸料,其外观和物理性能满足要求;采用低树脂含量预...     

基于非正交本构模型的热塑性机织物预浸料宽温域赋形褶皱缺陷仿真方法

热塑性复合材料预制体的赋形质量直接影响结构件的制造质量。由于热塑性基体具有较高的熔融温度和黏度，赋形工艺温度设计不合理会导致褶皱等赋形缺陷，给热塑性复合材料结构高质量成型带来了挑战。现有的热塑性预浸料热成型研究主要基于连续介质力学、离散元、半离散元法，通过建立多机制耦合的本构模型分析热塑性预浸料的各向异性大变形行为，未充分考虑工艺调控对赋形宏观变形过程中褶皱缺陷的影响。发展了一种热塑性预浸料宽温域赋形褶皱缺陷仿真方法。通过表征热塑性机织物预浸料在不同温度、载荷下的力学性能，获取宽温域热塑性预浸料本构参数，基于非正交本构模型，提出了温度对热塑性预浸料赋形褶皱缺陷的作用规律，揭示了赋形过程中宽温域褶皱缺陷的变形机制，获得了赋形温度优化调控方案。研究结果表明：褶皱缺陷的萌生和演化过程由不同温度下的面内剪切和压缩变形行为共同影响，预浸料的褶皱缺陷变形程度随温度的增加而减弱，非正交本构模型的模拟结果与实验结果基本一致。     

非均相固化体系对复合材料树脂微观力学均匀性的影响

采用热熔法制备预浸料涉及熔融树脂对纤维层的渗透,对于固化体系为非均相的环氧树脂基体,制备大厚度预浸料可能会受到固化剂分布不均的影响。利用纳米力学方法分别研究采用小厚度玻璃纤维预浸料制备的复合材料和通过树脂真空吸注工艺制备的玻璃纤维复合材料的内部树脂的微观力学均匀性。结果表明:由小厚度预浸料制备的复合材料,其内部树脂各区域具有较好的微观力学均匀性,各区域树脂的纳米硬度和耐磨损性基本相同,各铺层中心和边缘接近;通过树脂真空吸注工艺制备的复合材料则表现出明显的层状分布,固化剂和促进剂颗粒在纤维层外部富集,纤维层外层的树脂具有较高的纳米硬度和耐磨损性,而在纤维层内0.4mm深后的树脂纳米硬度下降,耐磨损性下降,纤维层内部的树脂纳米硬度很低。     

玻璃纤维增强热塑性复合材料在航空领域的应用进展

玻璃纤维增强高性能热塑性复合材料具有抗冲击损伤、高韧性、耐电化学腐蚀、低成本等优点,近年来在民航客机、军用运输机等航空领域得到了应用和发展。文中首先概述了目前国外玻璃纤维增强高性能热塑性复合材料在航空领域的应用实例,并分析了国内从原料到复合材料制造技术之间存在的差距。对比了国内制备的HS6高强玻璃纤维增强聚芳醚酮热塑性预浸料同国外同类型S2/PEEK预浸料的表观质量和力学性能。通过对比发现,国产预浸料的浸渍质量和力学性能跟国外仍有一定的差距,需对预浸料的制备工艺做进一步探索改善。     

复合材料用几种新型树脂研究进展

本文介绍了作为先进复合材料的几种新型树脂基体的进展,预浸料的制备方法,纤维增强复合材料的性能。本文所涉及的预浸方法具有如下优点:适于不同体系的树脂,预浸料树脂含量均匀,生产效率高等。     

碳纤维增强聚醚砜的工艺、性能和断裂形貌研究

本文介绍了连续碳纤维增强聚醚砜复合材料(CF/PES)的制造工艺与性能.阐述了一种改进的连续纤维增强热塑性复合材料预浸料的制造方法,给出了CF/PES复合材料的最佳模压成型工艺条件,制得了低孔隙率、高机械性能的复合材料.最后,分析了CF/PES的断裂模式和断口形貌.     

芳纶纤维复合材料抗弹性能研究

叙述了球形弹体对芳纶纤维增强复合材料冲击的研究结果.对芳纶复合板的抗弹机理进行了研究,并研究了影响芳纶复合材料抗弹性能的主要因素.结果表明,在等厚条件下,预浸料铺层层数越多,靶板面密度越大;采用热塑性树脂材料为基体,且基体含量较低时,芳纶复合材料会具有更好的抗弹性能.     

YPH-23环氧树脂/预浸料的等温固化动力学研究

针对预浸料碳纤维树脂基复合材料成型的特点,采用差示扫描量热法(DSC)研究了碳纤维/YPH-23环氧树脂预浸料的DSC曲线,并与纯树脂的DSC曲线进行对比分析。研究结果表明:预浸料的DSC曲线与纯树脂存在差异;预浸料在130~160℃范围内的固化反应符合自催化固化反应模型,固化反应活化能为45.560kJ/mol;预浸料的动力学研究结果更能反映实际复合材料制造成型过程中的特征,可为实际复合材料的成型工艺优化提供参考。     

航天复合材料用低温固化改性环氧树脂体系的研究

0引言 连续碳纤维增强热塑性树脂改性环氧基体复合材料在航空材料领域具有广泛的应用。这类材料韧性好，耐热性优良（可耐150℃的高温），易加工，可作为纤维的预浸料，也可用于热压罐成型。一般地，这类复合材料在热压罐成型时都是使用高温固化（HTC）（如，〉180℃）来达到优异的性能。     

专利文摘

韧性多层复合材料专利拥有者:BASF公司(西德) 专利号:U.S.4908088 该预浸料是由1层含氰酸盐官能团,以纤维增强的热固性树脂和每层厚度为0.5～0.7密尔的一层或多层热塑性工程塑料薄膜粘合而成的。在固化过程中加热加压,将各层材料粘结起来。     

用“双层簧片分析法”评价碳纤维/环氧树脂等复合体系的固化工艺

前言 国外飞机工厂制造复合材料构件绝大部分使用由专业化工厂生产的预浸料,一旦选定预浸料的类型和铺层方法后,复合体系的固化过程便是整个生产工艺中最关键的部分。同样的纤维/树脂复合体系在不同条件下固化可以形成性能相差极大的不同复合材料。     

热熔预浸工艺及热熔热固性树脂的研究进展

热熔预浸工艺是近年来制备预浸料的一种新型成型工艺。热熔预浸工艺具有环保、低成本等优势,使其有望成为未来高性能复合材料成型的主要工艺。先进树脂基复合材料使用的热固性基体树脂由于存在脆性大、树脂和纤维浸润性较差等不足,很大程度上限制了热固性树脂在热熔预浸工艺中的应用。因此,研制适用于热熔预浸工艺的热固性树脂,是高性能树脂基复合材料的热点之一。综述了近年来环氧树脂、氰酸树脂、苯并噁嗪、双马来酰亚胺、酚醛树脂等几种主要的热熔预浸工艺用热固性树脂的研究概况。     

预浸料的质量控制

预浸料的原料质量尤其是树脂质量是保证预浸料性能的基础,在预浸料制备过程中,及时、有效、无损的在线监测是预浸料发挥性能的保证。简要介绍了几种常用的在线监测手段,包括β射线监测、超声波监测、红外光谱监测及近红外光谱监测等。此外,预浸料成品的质量控制是复合材料性能的关键,其中凝胶时间、树脂流动性、挥发分含量、树脂含量、单位面积纤维质量等是预浸料重要的质量指标。     

反气相色谱法测定聚醚醚酮的表面性质及在提升热塑性复合材料层间性能中的应用

高性能热塑性聚醚醚酮树脂基复合材料具有高韧性、耐疲劳、原材料可长期贮存、成型速度快、可重复加工和回收再利用等独特优势，在航空航天等工业领域应用广泛。粉末悬浮法通过将聚醚醚酮细粉配制成水基悬浮液实现对纤维充分浸渍，现已成为制备连续纤维增强热塑性预浸料的重要方式。本文重点开展反气相色谱法研究聚醚醚酮表面性质，并结合微观形貌、粒径分布等方面对比国内外聚醚醚酮树脂的差异。研究表明：进口聚醚醚酮树脂色散表面能(19.2 mJ/m²)明显低于同级别国产树脂(41.1 mJ/m²)；极性探针分子吸附于聚醚醚酮表面的驱动力主要是酸碱作用力，表面总体表现为碱性。进口聚醚醚酮树脂相比于国产具有更高的极性，使其更容易分散在水中；而国产聚醚醚酮树脂微观形貌、表面性质则更加均匀。表面性质研究指导水基悬浮液配制，制备的连续纤维增强热塑性预浸料质量优异，孔隙率低于0.5%且纤维排布整齐，热塑性复合材料层压板层间剪切强度平均值达109 MPa，与传统热熔浸渍方法相比提升30%以上。     

原位复合材料——热致液晶聚合物微纤增强热塑性树脂

用热致液晶聚合物微纤增强热塑性树脂制备原位复合材料是增强热塑性树脂的一个新途径。本文从材料组成、形态结构、性能、加工,成本等方面对这一复合材料的研究现状作了综述,并与纤维增强塑料的诸方面加以对比,以展示这种增强新途径的优势、潜力和前景。      

VARI工艺成型纤维增强树脂复合材料层合板厚度和纤维体积分数的影响因素

分析了影响真空辅助成型技术（VARI）工艺成型复合材料的纤维体积分数和厚度均匀性的关键因素,即VARI成型工艺的树脂流动控制形式、纤维预制体状态、织物状态、树脂黏度,通过试验分析了各因素对VARI成型复合材料厚度和纤维体积分数的影响。试验结果表明,采用HFVI（high fiber-volume vacuum infusion）工艺、BA9914树脂及真空处理后的U3160单向机织物成型的纤维增强树脂复合材料层合板,其纤维体积分数和厚度均匀性能够接近预浸料/热压罐成型的复合材料制件的水平。