定制纤维铺放技术

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1、定制纤维铺放技术（TFP）的应用TFP原作者:玻璃钢联盟添加时间:2010-12-13原文发表:2010-12-13人气:59来源：www.cnfg.net.cn1.TFP技术在二维纤维增强预成型件制备中的应用时下市场上可见的纤维增强纺织品丰富多样，如方格布，编织布，针织布，它们是由不同工艺制成的。而应用于先进复合材料部件的增强纤维须应遵循如下排列原则：-经拉伸的（无波和无扭曲）；-与应力场相一致；-受到均衡的应力（组件的局部厚度应与局部所需的荷载相一致）。传统的增强材料半成品有时可以遵守这些要求，但如果组件的

2、形状较复杂、或者负载的路径复杂难寻时，那么对于这样的制件其纤维的走向是在经济角度上不可行的。图3：TFP预成型件的制备原则。这就是为什么德雷斯顿高分子研究所（InstituteofPolymerResearchDresden）要研究开发一种定制化的纤维铺放技术（TFP--Tailored-Fibre-Placement-Technology）。该技术能有效地将压力和应力的计算的结果转移到制造纤维增强结构的过程中，是一种基于传统刺绣工艺过程的创新性技术。通过采用CAD技术，所需的纤维排列路径就可以呈现到软件上，再

3、输入到电脑刺绣机中，操作人员仔细确保增强纤维（如粗纱）与基础材料是否缝合在一起即可（图3）。下面我们对比TFP技术和传统纺织技术的异同：-在传统手糊工艺过程中的纤维铺放角度是灵活多变的，从0°到360°之间不等；-TFP技术允许在同一区域重复铺放纤维，这使得纤维预成型件的厚度变化更为灵活，更加适合复合材料组件的制备；-TFP技术将纤维取向按照所需的铺放模式转换，需要的开发时间和成本较小；-TFP技术生产过程允许近净形生产，从而确保低废物率和最大限度挖掘纤维的特性；-TFP技术可加工的增强纤维的品种更加丰富，如自

4、然纤维，玻璃纤维，芳纶，碳纤维（高强度，高模量）和陶瓷纤维。2TFP技术在深拉伸预成型件中的应用要知道，多数组件不仅仅是由单一的二维预成型件制备而成的，特别是对于深拉伸预成型件是如此。常规的连续纤维纺织品能在多大程度上制成深拉伸制件取决于材料的滑动能力。此外，在深拉伸制备过程中容易在制件表面形成褶皱。而TFP技术制备的预成型件则可采用深拉伸制备，特别是当深拉伸过程中纤维绳出现起圈的现象（如下图所示）。三种缠绕方法中，以湿法缠绕应用最为普遍；干法缠绕仅用于高性能、高精度的尖端技术领域。　　纤维缠绕成型的优点①能够

5、按产品的受力状况设计缠绕规律，使能充分发挥纤维的强度；②比强度高：一般来讲，纤维缠绕压力容器与同体积、同压力的钢质容器相比，重量可减轻40～60%；③可靠性高：纤维缠绕制品易实现机械化和自动化生产，工艺条件确定后，缠出来的产品质量稳定，精确；④生产效率高：采用机械化或自动化生产，需要操作工人少，缠绕速度快（240m/min），故劳动生产率高；⑤成本低：在同一产品上，可合理配选若干种材料（包括树脂、纤维和内衬），使其再复合，达到最佳的技术经济效果。　　缠绕成型的缺点①缠绕成型适应性小，不能缠任意结构形式的制品，特

6、别是表面有凹的制品，因为缠绕时，纤维不能紧贴芯模表面而架空；②缠绕成型需要有缠绕机，芯模，固化加热炉，脱模机及熟练的技术工人，需要的投资大，技术要求高，因此，只有大批量生产时才能降低成本，才能获得较的的技术经济效益。　　1、原材料　　缠绕成型的原材料主要是纤维增强材料、树脂和填料。　　（1）增强材料缠绕成型用的增强材料，主要是各种纤维纱：如无碱玻璃纤维纱，中碱玻璃纤维纱，碳纤维纱，高强玻璃纤维纱，芳纶纤维纱及表面毡等。　　（2）树脂基体树脂基体是指树脂和固化剂组成的胶液体系。缠绕制品的耐热性，耐化学腐蚀性及耐自

7、然老化性主要取决于树脂性能，同时对工艺性、力学性能也有很大影响。缠绕成型常用树脂主要是不饱和聚酯树脂，也有时用环氧树脂和双马来酰亚胺树脂等。对于一般民用制品如管、罐等，多采用不饱和聚酯树脂。对力学性能的压缩强度和层间剪切强度要求高的缠绕制品，则可选用环氧树脂。航天航空制品多采用具有高断裂韧性与耐湿性能好的双马来酰亚胺树脂。　　（3）填料填料种类很多，加入后能改善树脂基体的某些功能，如提高耐磨性，增加阻燃性和降低收缩率等。在胶液中加入空心玻璃微珠，可提高制品的刚性，减小密度降低成本等。在生产大口径地埋管道时，常加

8、入30%石英砂，借以提高产品的刚性和降低成本。为了提高填料和树脂之间的粘接强度，填料要保证清洁和表面活性处理。　　2、芯模　　成型中空制品的内模称芯模。一般情况下，缠绕制品固化后，芯模要从制品内脱出。　　芯模设计的基本要求①要有足够的强度和刚度，能够承受制品成型加工过程中施加于芯模的各种载荷，如自重、制品重，缠绕张力，固化应力，二次加工时的切削力等；②能满足制品形状和尺寸精度要求，如形