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1、48碳纤维/环氧预浸料的热固化工艺研究2011年1月碳纤维/环氧预浸料的热固化工艺研究宋伟,齐俊伟,肖军,罗鹏(南京航空航天大学,南京210016)[1]摘要:以先进拉挤(AdvancedPultrution)ADP成型技术为研究背景,借助差示扫描量热法(DSC)对USN12500碳纤维/环氧预浸料固化所涉及的温度和时间进行了研究与分析。以弯曲强度作为考察指标设计正交试验,优选了模拟的拉挤成型固化工艺参数。试验结果表明,后固化温度下的保温时间对制品的力学性能影响最大,预处理温度下的保温时间影响最小;预处理温度80!下处理25min、热压温度130!下保温保压25
2、min以及后固化温度150!下保温1.5h为本组试验的优方案。关键词:ADP;预浸料;DSC;正交试验设计;固化工艺中图分类号:TB332文献标识码:A文章编号:1003-0999(2011)01-0048-04典型的层合板构件固化方法有热压罐法和模压表1USN12500的物理性质法,预浸料固化工艺的制定也多针对上述两种成型Table1PrepregphysicalpropertiesofUSN12500方法。随着自动化制造技术的发展,复合材料制造单位面积树脂单位面积预型号厚度挥发分纤维质量含量浸料质量行业相继出现了一批先进的成型技术,大大提高了USN12500
3、125(g/m2)40(%)187(g/m2)0.13mm≦1.0%复合材料的生产效率。ADP技术就是近年来发展起来的复合材料自动化成型新方法,它由日本的JAMCO公司提出。区别于传统的以单向纤维为主的湿法拉挤,ADP以预浸料为原材料,实现了拉挤型材力学性能的可设计性。根据铺层设计,预先裁剪的预浸料按叠层顺序进入预成型装置完成层叠和预成型,随后进入敞开的热压模具中。热压模具闭合,层合材料在热压阶段固化并达到一定的固化度,模具打开、牵引装置牵引制件步进一段行程,离开热图1USN12500典型的固化工艺曲线压模具后的制件经过后固化处理完成固化。在热压Fig.1Typ
4、icalcurvesofUSN12500curingprocess过程中,预浸料直接进入到预定温度的模具中,制品12试验设备[2]升温速度较传统工艺快,势必影响材料的性能。差示扫描量热仪,型号:TA20000;平板硫化机,本工作针对USN12500碳纤维/环氧预浸料,并参考型号:XLB50Z;电热恒温鼓风干燥箱,型号:DHG其典型的固化工艺,以预成型、热压成型以及后固化9246;SANS电子万能试验机,型号:CMT5105。所涉及的温度和时间为研究对象设计正交试验方13DSC测试案,考察固化工艺对碳纤维增强复合材料力学性能预浸料典型固化工艺是经过长期探索而制定的
5、的影响,为制定与ADP相适应的固化制度提供适合预浸料固化的工艺,为此我们将图1中的两个参考。平台温度分别确定为ADP的预成型温度(80!)和1试验过程热压温度(130!);后固化温度的大小需要通过对11原材料预浸料进行动态DSC扫描来确定。由于拉挤过程试验所用原材料为USN12500单向碳纤维/环强调效率因素,要求尽量缩短试件在各温度下的保氧预浸料,威海光威复合材料公司生产。温时间,同时制品经热压阶段后需要达到必要的固化度以保证其在后固化过程中具有一定的保持原有收稿日期:20100727作者简介:宋伟(1983),男,硕士研究生,主要研究方向为复合材料自动化制造
6、工艺。FRP/CM2011No12011年第1期玻璃钢/复合材料49形状的能力,通过两个平台温度下的等温DSC测试,估算制品在热压阶段固化度达到(60%~[3]80%)所需要的时间。试验采用美国TA公司制造的TA20000型差示扫描量热仪对预浸料样品分别进行等温和动态DSC测试,等温DSC测试的温度分别为80!和130!,动态DSC测试的升温速率分别为2!/min、5!/min、7!/min以及10!/min,所有试验均采用N2保护。等温测试过程中,在样品放入炉体之后采用快速升温的方式快速升到指定温度,以此减小升温过程对树脂固化放热的影响。14试验样品的制备及力
7、学性能测试铺层设计:[0]16,严格按照表2设计的试验方案进行样品的制备。为了尽可能模拟实际的生产过程,样品制备过程中的预处理以及后固化阶段都在烘箱中完成。而热压阶段则在平板硫化机上完成。试验过程中所有的加热设备都预先加热到设定温度,然后放入制品保温相应的时间,最后将后固化完的制品切割成跨厚比为32瘍1,尺寸为80#13mm的试样。本次试验主要针对温度制度对复合材料力学性能的影响,而压力作为次要因素考虑,所以在确保充分压实的情况下,我们将板材在热压阶段受到的相对固化度的计算:根据上述DSC测试结果,压力设定为1MPa。对130!等温DSC曲线(见图2)的放热峰进
8、行分段对照组的设置:压力
