混凝土泵车碳纤维臂架固化工艺参数研究-建筑机械

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1、MANUFACTURINGPROCESS加工制造混凝土泵车碳纤维臂架固化工艺参数研究郭岗，吴斌兴，王佳茜，吴迪（中联重科股份有限公司，湖南长沙410205）［摘要］为获得混凝土泵车碳纤维臂架固化工艺参数，采用动态DSC、等温DSC的方法研究不同温度下碳纤维复合材料的固化反应速率，采用某T700级碳纤维环氧树脂预浸渍料，通过自催化反应模型进行拟合计算，试验显示碳纤维臂架固化在110℃～140℃时反应剧烈，利用动态DSC求得工艺参数。［关键词］混凝土泵车；碳纤维臂架；复合材料；固化工艺参数［中图分类号］TU646［文献标识码］B［文章编号］10

2、01-554X（2015）01-0107-00Research of carbon fiber boom curing process parametersGUOGang，WUBin-xing，WANGJia-qian，WUDi目前混凝土泵车高强钢结构件已占整车重量Instron5982型力学试验机；的75%以上，已达到高强钢的使用极限，单纯从结HIROXKH-7700型三维数字显微镜。构设计角度而言，泵车的轻量化很难实现突破。因1.2测试方法此，采用新型轻质高强材料替代钢材已成为解决泵固化测试：每次取样品约10～15mg放入铝坩［1］车产

3、品轻量化的突破口。埚，在氮气气氛下进行等温DSC测试，吹气流量碳纤维增强环氧树脂基复合材料是一种热固40mL/min，热处理温度为90℃、100℃、110℃、性复合材料，因其高比强度、高比模量、无疲劳、120℃、130℃、140℃，处理时间120min。耐候性优异等特点，已广泛成功应用于航空、航拉伸性能测试：采用75mm×4mm×2mm标准天、国防、汽车、能源等领域。针对混凝土泵车臂哑铃样片，标距限制为20mm，以500mm/min速度架与臂架连杆受力较大且工作中可能承受冲击的拉伸样品，得到应力应变曲线，分析拉伸性能参状况，采用T700碳纤

4、维增强高韧性环氧树脂预浸数。料，制备长变截面多销轴孔结构的整体复合材料臂层间剪切性能测试：采用42mm×7.2mm×架。14.4mm标准样片，以1.0mm/min速度三点压样品，复合材料的品质取决于加工工艺的选择及控得到检测数据。制，研究复合材料固化过程的反应动力学，模拟产样品的层间剪切强度为品的固化热行为，由此确定和优化固化工艺参数，PmF=0.75可为复合材料制件的固化成型过程提供理论指导和sbB∂H依据。式中Pm——最大力，da=-kNKta()；mn(1a)-dt1试验材料及方法B——标距，mm；⊬·daH——试样厚度，mmLn。∆

5、¸=LnkT»º¬¼()++-mLn()anLn()1a1.1试验材料及仪器«¹dt采用某T700级碳纤维增强环氧树脂预浸料作为试验材料，试验中使用的仪器设备包括：DOI:10.14189/j.cnki.cm1981.2015.02.013MettlerToledoDSC1/400型差式扫描量热［收稿日期］2014-10-21［通讯地址］郭岗，湖南省长沙市岳麓区麓谷大道677号仪；CONSTRUCTIONMACHINERY2015.1107加工制造MANUFACTURINGPROCESS1.3数据处理表1预浸料恒温固化反应参数从DSC曲线吸

6、放热反应峰可得到不同温度下预温度/℃峰值时间/min热流/（J/g）浸料树脂的固化反应速度——峰值时间tp。利用文9070.7109献［2］提出的自催化固化反应半经验动力学模型10034.2113可以计算表观活化能、前指数因子、反应级数等动11014.2106力学参数，用外推法确定碳纤维增强环氧树脂预浸1207.2109料的凝胶温度、固化温度和后固化温度等固化工艺1303.5115［3］温度参数。使用热模拟得的固化工艺参数制备1401.7110力学性能测试样品，并测试样品的力学性能。表观活化能的大小直接决定了固化反应的难易程2结果与讨论度，

7、固化体系只有获得大于表观活化能的能量，才2.1升温固化过程能进行反应；而反应级数是反应复杂程度的宏观表用动态DSC测定碳纤维增强环氧树脂的固化反征，通过反应级数的计算可得到固化反应方程。应过程，确定固化反应的温度区间及固化放热最高关于等温固化DSC的数据处理，常用Horie和点的峰值温度，动态DSC曲线如图1所示。Kamal等提出的模型计算固化反应表观活化能、反PmF=0.75应级数、前指数因子。sbB∂Hdamn-=-Kta()(1a)dt式中α——固化度；⊬·daLn∆¸=LnkT»º¬¼()++-mLn()anLn()1am+n——整

8、体反应等级；«¹dt热流/（J/g）-Eα/RTK（t）——温度相关系数，K（t）=Ae（阿隆尼乌斯方程）；A——前指数因子；P4060801001201401601802002