连续碳纤维热塑性预浸带的制备机理及实验研究.docx

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1、连续碳纤维热塑性预浸带的制备机理及实验研究碳纤维具有优异的综合性能。在碳纤维产业链,预浸料是其中间环节。带状的预浸料(简称预浸带)广泛应用于多个领域的碳纤维复合材料零件制造,如飞机机翼、汽车车身、风机叶片等。连续型碳纤维热塑性预浸带,由于力学性能优异、可回收利用,是预浸带的新发展方向。然而,目前生产的该类型预浸带的丝束宽度和均匀度相对离散、浸渍的树脂分布均匀度不足。因此,针对连续碳纤维热塑性预浸带制备的两大关键技术——展丝和粉末浸渍,开展理论和技术的研究,具有重要的意义。全文主要研究内容如下:(1)连续碳纤维热塑性预浸带试验线的工艺设计及优化。本课题采用

2、粉末流化浸渍法制备连续碳纤维热塑性预浸带。其制备流程可分为五步:放卷、气流展丝、粉末涂覆、树脂浸润、收卷。其中,最核心的是气流展丝、粉末涂覆和树脂浸润。(2)碳纤维气流展丝的数值分析与实验。通过对气流展丝过程的力学分析,本文提出了气流展丝宽度和均匀度的数值模型,设计并搭建了气流展丝实验平台,进行了碳纤维丝束气流展丝实验。数值分析与实验结果一致。通过综合分析,最优的展丝工艺参数为:气流速度7.5m/s,纤维传输速度1.5m/min,丝束张力为120gf。(3)碳纤维粉末浸渍的数值分析与实验。粉末浸渍过程分为两步:粉末涂覆和树脂浸润。本文通过对粉末涂覆机理的

3、分析,进行了粉末涂覆正交试验和单因素试验,得到了各参数对树脂含量的影响。建立了树脂浸润碳纤维丝束所需时间的理论模型,并进行了树脂浸润实验。实验结果与理论模型的变化趋势一致。(4)连续碳纤维热塑性预浸带的性能分析。本课题开发了一条粉末流化浸渍法制备连续碳纤维热塑性预浸带的试验线。通过该试验线连续生产了100米热塑性预浸带,其展丝宽度误差在1mm内,树脂含量误差也小于1%。