PDF《炭纤维 / 聚醚醚酮复合材料的》

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2 ― ① 收稿日期:2018?07?04;

修回日期:2018?08?06. 作者简介:沈镇(1991―),男,硕士,研究方向为树脂基复合材料. E?mail:1131294944@ qq.com 激光原位成型工艺将树脂基复合材料自动化成 型技术和固化方式集成为一体,采用分层固化工艺替 代传统的固化设备中一次固化工艺,该工艺具有能耗 小、灵活性强、制造成本低等优点[3-7] . 同时,该工艺 可将高效的固化方式与纤维铺放、纤维缠绕等工艺结 合,进而显著降低树脂基复合材料制造成本,在大尺 寸和 厚树脂基复合材料零件制造中具有很大优势[2,8] . 目前,欧美利用该技术已成型出热塑性复合 材料平板、曲面板和简单回转体,正在探索研究利用 该技术成型热塑性复合材料发动机壳体,而国内尚未 有关于激光原位成型制备连续纤维增强热塑性树脂 复合材料研究报道. 本文首先优化选择出具有较好拉伸性能的 T700 炭纤维/ 聚醚醚酮预浸胶带(预浸带),然后研究在不 同激光原位成型工艺参数(缠绕速率和激光输出电流、 压辊压力以及芯模温度) 下制备的 T700 炭纤维/ 聚醚 醚酮复合材料 NOL 环(NOL 环)层间剪切性能,优化出 适宜的 NOL 环激光原位成型工艺参数,这些研究结果 有利于拓展热塑性复合材料在航空航天领域的应用.

1 实验 1.1 主要原材料 PEEK 树脂:赢创德固赛,粉末粒径 10~15 μm. 炭纤维:T700SC?12K,日本东丽公司生产,复丝拉 伸强度≥4500 MPa,拉伸模量≥170 GPa,线密度(800 ±10)Tex. 1.2 预浸带试样制备 预浸带采用专用热塑性预浸料成型设备制备,过 程如下:使炭纤维经过不同浓度 PEEK 的悬浮溶液,通 过烘干炉除去相关溶剂,然后经过熔融炉在热压辊作 用下使 PEEK 熔融并浸渍炭纤维,即可得到不同含胶 量的预浸胶带. 1.3 激光原位成型 NOL 环试样 将预浸带在配有激光成型设备的六位缠绕机上制 备NOL 剪切环,缠绕示意图如图

1 所示. 通过调节缠绕速率和激光输出电流、压辊压力及 芯模温度选择适宜的激光原位成型参数. 1.4 性能测试及实验设备 NOL 环的剪切性能根据 GB / T1458―2008 进行检 测,预浸带的拉伸断裂强力根据 GB / T7689.5―2001 进 行检测. 采用热失重分析仪分析研究 PEEK 粉末的热 稳定性. 采用红外光谱仪分析 NOL 环中的 PEEK 基 体各基团是否发生氧化或分解. 通过扫描电镜分析预 浸带中的基体与纤维的界面结合状态. 实验设备如表

1 所示. 图1激光原位成型 NOL 环示意图 Fig.1 Diagram of NOL ring produced by the laser in?situ winding process 表1复合材料制备及性能测试主要仪器设备 Table

1 Main instruments used for performance test and manufacture of composite 设备名称 设备牌号/ 厂家 预浸带成型设备 西安航天复合材料所自制 万能材料试验机 DSS?107?S/ 日本岛津 红外光谱仪 VERTEX70/ 德国 Bruker 热失重分析仪 TG209F3/ 德国耐驰 扫描电镜分析仪 JSM?6460/ 日本 JEOL CO2 激光器 美国大通激光有限公司

2 结果与讨论 2.1 不同含胶量下预浸带拉伸性能 本文采用单团 T700 纤维纱制备出的预浸带的带 宽为 5~7 mm,厚度为 0.12~0.15 mm,预浸胶带照片如 图2所示. 本文制备了不同含胶量的预浸带,并测试 了其拉伸性能,结果如表

2 所示. 图2预浸带 Fig.2 Picture of prepreg tapes 由表

2 可见,随着预浸带的含胶量从 18.5%提升 至40.2%,其断裂强力先提升后降低. 这可能由于采 用悬浮法制备的预浸胶带含胶量过高时会导致预浸胶 带表面附有重新固结的 PEEK 粉末,引起复合材料预 ―