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怎么樣才算是好的碳纖維預浸料?

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-04-11  來源:碳纖維研習社  作者:中國碳谷網  瀏覽次數:576
核心提示:做碳纖維制品,預浸料是一種很常用的中間材料。最終制品能否充分發揮碳纖維優異的力學性能,預浸料起著承上啟下的作用。那么,究
 做碳纖維制品,預浸料是一種很常用的中間材料。最終制品能否充分發揮碳纖維優異的力學性能,預浸料起著承上啟下的作用。那么,究竟什么樣的碳纖維預浸料才算是好的預浸料呢?

還得回歸碳纖維預浸料的本質。碳纖維預浸料是預先將碳纖維織物浸漬在樹脂基體中的組合物,是制造復合材料的中間材料。

首先,預浸料是樹脂和碳纖維的組合物,那么,二者組合的好不好肯定是判定預浸料好壞的標準,樹脂與碳纖維組合的好,才能有好的力學性能;其次,預浸料是用來制造復合材料的中間材料,所以好的預浸料在做復合材料的時候,應該有很好的操作性,也可稱為工藝性。  最后,預浸料也要考慮客戶的其他要求,比如質量穩定,儲存壽命長,外觀等。

先上個大綱:


力學性能

| 樹脂和碳纖維匹配性

預浸料是將碳纖維預先浸漬在樹脂基體內,樹脂與碳纖維的匹配性決定著碳纖維的性能能否很好地遺傳到復合材料上。一款好的預浸料,樹脂應該可以和碳纖維有良好的結合性能。由于碳纖維在出廠時,為了防止纖維起毛,會在碳纖維表面包覆一層上漿劑。上漿劑主劑多用環氧樹脂,它能與碳纖維表面形成很強的化學鍵。上漿劑是碳纖維廠商的核心技術之一,其配方是對外保密的。中國對上漿劑的研究非常少,只有少數幾家科研院所有做,大部分上漿劑還依賴國外進口。

樹脂與碳纖維的的匹配,最主要是與碳纖維表面上漿劑匹配,樹脂活性基團可以與上漿劑形成很強的化學鍵,同時還可以促進樹脂能夠很好地浸潤碳纖維。對于預浸料廠商來說,碳纖維的選擇搭配合適的樹脂配方,是其技術的核心,尤其是樹脂配方,更是其主要的核心競爭力。對于不同的碳纖維,配合不同的上漿劑,所使用的樹脂配方也應該是不一樣的。

目前常用的基體樹脂有環氧樹脂,雙馬酰亞胺樹脂,聚酰亞胺樹脂等。環氧樹脂通常使用溫度不常超過177攝氏度,雙馬約在200~250度,聚酰亞胺樹脂可達310~320度。

| 樹脂偏差

樹脂含量對復合材料制品的力學性能影響很大,樹脂含量的波動會造成力學性能分布不均勻,所以樹脂含量偏差應盡可能低。至少控制在±3%以內,以保證復合材料纖維體積含量和力學性能的穩定性。

| 揮發組分

預浸料揮發組分含量影響到復合材料的孔隙含量。揮發分含量高,成型復合材料難免殘留部分小分子物質,會造成復合材料孔隙增大,嚴重降低復合材料的力學性能。揮發分含量盡可能小。一般在2%以下,以降低復合材料中的孔隙含量,提高復合材料的力學性能。主要承力構件預浸料的揮發分含量要求控制在0.8%以下。

工藝性

| 樹脂粘性

預浸料的粘性是指在一定溫度下自身互相粘貼的能力,同一片預浸料,溫度低可能失去粘性,溫度高又有粘性,溫度相差大約5℃,粘性就會有明顯變化,因此粘性試驗溫度一般確定為20~25℃,同時濕度定為40%~70%。粘性失去時間不長的預浸料,稍許提高溫度,粘性得以改善,只要能實現部件的鋪貼工藝,試驗表明對其力學性能沒有太大影響。

粘性不宜太大,以便于鋪層有誤時可以分開重新進行鋪貼而預浸料又不至于被損壞;粘性也不能太小,以使得在工作溫度下兩塊預浸料能粘貼在一起不至于分開。遺憾的是,粘性的評價還沒有找到一個非常適宜的方法,“感覺”很重要。

| 鋪敷性

所謂鋪敷性是指預浸料鋪層時,使其適合于復雜形狀模具鋪層的能力。對于復合材料設計師來說,預浸料是具有一定力學性能的結構單元,可以通過鋪層的方式制造各種復合材料構件。對于結構復雜的部件,要求預浸料可以完美貼合復雜曲面。就預浸料而言,鋪敷法比粘性的要求更高,失去粘性的預浸料鋪敷性肯定不合格。

| 固化溫度

對于熱固性的預浸料,通過加熱使樹脂進行固化,一般來講,固化成型時要求預浸料有較寬的加壓帶,即在較寬的溫度范圍內加壓,都可以得到滿意的復合材料構件而對性能無明顯影響。這樣可以保證固化工藝有誤差時,最終制品的性能保持均一性。希望樹脂的固化溫度低、固化時間短。但一般的規律是固化溫度隨樹脂基體耐熱性能的提高而增加,固化時間隨固化溫度的提高而縮短。目前,180℃左右的固化溫度還是可以接受的。

| 樹脂流動性

一般要求預浸料樹脂有適當的流動度。流動度表示預浸料在一定溫度和壓力下成型過程中樹脂流動或遷移的能力,它與樹脂的粘度和預浸料中樹脂含量有關系。預浸料中樹脂含量越高,粘度越小,樹脂流動度越大。層壓件的流動度可以大一些,以便于樹脂均勻分布并浸透增強材料;夾層結構流動度應比較小,以使得面板和芯材能牢固的結合在一起。樹脂熔融粘度大、流動性差,不利于對纖維的浸潤,成型復合材料的拐角處往往有貧樹脂現象,這些都會降低復合材料的力學性能。


其他要求

| 質量穩定

預浸料是復合材料設計師用來組合的基本結構單元,其性能的穩定性和均一性決定著復合材料設計的精確性。一款好的預浸料應該具備非常好的質量穩定性,要求每卷預浸料間或者每批次間,其性能都具有很好的均一性。這就需要制造廠商嚴格控制生產流程,對影響預浸料性能的生產工序做到精確量化。

| 貯存壽命

對于熱固性預浸料,潛伏性固化劑使樹脂在常溫下會產生交聯,雖然這個過程會很慢,但是會影響預浸料的粘性和性能。由于從預浸料到制造復合材料中間會有一段時間,所以預浸料應該在這段時間保持良好的粘性。一款好的預浸料應具有較長的貯存壽命。通常要求室溫下的粘性貯存期大于1個月,-18℃下大于12個月,以滿足復合材料鋪貼工藝和力學性能要求。

| 外觀

這是一個拼顏值的時代,一款好的產品,應該具有好的賣相。好的預浸料首先一定要滿足性能要求,其次它還應該是生產者心目中的藝術品,兼具工業性和美學性。預浸料布面要平整,不能有褶皺,不能有鼓泡和白點。纖維排布要平順,不能堆疊和彎曲。

本文參考資料《碳纖維及石墨纖維》 賀福著

 
 
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