碳纤维环氧预浸料前热处理及储放老化对复材力学性能的影响

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1、复合材料制备PREPARATIONFORCOMPOSITES碳纤维环氧预浸料前热处理及储放老化对复材力学性能的影响1,2131陈萍，赵月青，李宏福，张博明（1.北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京100191；2.上海飞机制造有限公司航空制造技术研究所，上海200070；3.北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京100191）[摘要]基于DSC测试数据，采用非模型拟合动力学方法Flynn-Wall-Ozawa（FWO）对碳纤维环氧预浸料的固化过程进行研究，并将试验结果与模型预测进行对比。结果表明，采用FWO法能

2、很好地预测预浸料的固化行为。同时，结合热隔膜成型工艺特点，将预浸料分别置于80℃和室温中进行分段处理，将经不同预处理的预浸料采用相同的固化工艺制作成复合材料板并进行力学测试。结果显示，随着80℃预加热时间的延长，层合板剪切强度逐渐降低，试样厚度增加，弯曲模量略微低，弯曲强度出现小幅度波动。室温老化结果表明，随着老化时间的延长，层合板的层间剪切性能和弯曲性能都存在小的波动，但无明显规律。关键词：非模型拟合动力学；前热处理；储放老化；力学性能DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2017.16.084

3、近几年来，碳纤维环氧树脂复已经在空客公司的军机A400M得到[3]合材料以其轻质高强、可设计性强、应用。与传统手工铺贴方法相比，易于整体成型等优点在航空航天领热隔膜成型工艺提高了铺放的精度域获得广泛应用。传统的手工铺贴和生产效率。热隔膜成型工艺先前方法在制造大型结构件方面生产效主要用于热塑性预浸料的成型，国率低、耗时长并且成型质量不稳定，内外学者对其进行了大量研究，但因此复合材料自动铺放技术得到迅针对热固性复合材料的热隔膜工艺[4-5]速发展和广泛应用。但是，自动铺成型报道很少。国内，顾轶卓等带技术只适用于小曲率大型

4、结构采用自行搭建的热隔膜成型装置制件，如飞机蒙皮的制造，而自动铺丝备了C型碳纤维复合材料预成型体，技术虽适用于大曲率复杂型面的制考察了成型温度、成型速率、结构件造，但对于C型梁、L型梁等外形复尺寸对成型质量及层间摩擦力的影[6]陈萍杂的梁结构，采用自动铺放技术难响。汪冬冬等采用热隔膜工艺制上海飞机制造有限公司主任研发[1]以实现。目前，国内主要采用手工备了碳纤维复合材料梁/肋零件预工程师、研究员,主要从事航空复合材弯折方法成型预成型体，而手工操制件，通过表征固化后零件研究成料结构件制造工艺研究。曾获得中国[2]作难以

5、保证成型质量。针对异形型压力、温度、时间对成型质量的影商飞和上海飞机制造有限公司科技进[7-8]步三等奖各一次。结构件，可以先采用自动铺放技术响。王永军等采用热隔膜成型高效铺放预浸料平板叠层，然后通工艺成型热固性碳纤维复合材料C过热隔膜工艺完成预成型，最后再形结构，比较了烘箱和热压罐固化重新封装固化，目前这种成型方法两种固化方法对结构件成型质量的84航空制造技术·2017年第16期复合材料制备PREPARATIONFORCOMPOSITES影响；同时对热固性树脂基复合材一般的固化反应动力学方程可料热隔膜成型过程进行数

6、值模拟，试验材料及方法表示为：()研究了成型过程中温度、固化度分1原材料dα=Aexp−Eαf(α)（1）dtRT布、层间滑移及固化变形情况。目前碳纤维增强环氧预浸料CYCOM国内关于热隔膜成型工艺的研究局X850®（Cytec公司），树脂含量为式中，dα/dt为固化速率，A为指前因子，f（α）为反应速率方程，因为升限于成型工艺参数对成型质量的影35%，预浸料外置使用寿命为30天，温速率β=dT/dt，所以公式（1）可转响，而成型前预浸料的质量是保证试验前预浸料存放于冰箱中。化为：复合材料结构件成型质量的关键。2材料

7、制备及性能测试()为了防止预浸料储存老化，通常使其2.1DSC测试dα=Aexp−Eαf(α)（2）dTβRT保持冷冻状态，但在实际生产过程中DSC测试采用MettlerToledo公在非模型拟合方法中，Flynn-需要将预浸料解冻后进行裁剪和铺司生产的示差扫描量热仪DSC1，动Wall-Ozawa（FWO）建立了固化度放，对于大厚度大尺寸结构件，预浸态升温速率分别为2K/min、4K/min、与表观活动能、升温速率3者的关系料的铺放往往需要几天甚至几周的6K/min、8K/min、10K/min。恒温测试[11-1

8、3]方程为：时间，预浸料长时间暴露于外部环境温度为160℃、180℃、200℃，升温速0.4567Eα'中不可避免会对成型后的结构件造率10K/min。lgβ=−RT+A（3）i[9-10]成影响。同时，在热隔膜成型过2.2复合材料板制备及力学性能式中，Ti为恒速升温过程中不同固化程中需要先将预浸料加热到一定温测试度对应的温度，对于不同的固化度