论文部分内容阅读
空间级复合材料主要以高模量碳纤维为原材料,具有小批量、高质量的特点。本文以空间级复合材料自动铺丝为背景需求研究专用预浸纱制备技术,针对预浸纱分切制备只适于大批量生产无法满足空间级复合材料自动铺丝要求的问题,开展铺丝用高模量碳纤维预浸纱直接热熔制备技术与工艺参数研究,主要工作如下:(1)分析了一步热熔法制备高模量碳纤维预浸纱工艺路线、设计了制备系统总体方案,主要包括:放纱系统、展纱与张力控制系统、浸胶系统、二次展纱系统、冷却与同步带维形系统、覆膜系统以及收卷系统;分析规划了各子系统功能参数;搭建了热熔浸胶试验平台。(2)针对擦胶辊加热系统,探索了单面电磁感应加热方式,基于理论分析,搭建了擦胶辊电磁感应加热平台,开展了电磁感应加热均匀性试验。(3)以T300碳纤维为试验材料、研究了预浸纱制备过程中工艺参数对预浸纱含胶量和宽度的影响:预浸纱含胶量受放纱张力、树脂温度、纤维运行速率和刮刀间隙的综合影响,其中刮刀间隙是主控因素,精度需要严格控制到0.01mm才能保障含胶量2.0%的精度;预浸纱宽度主要受放纱张力、展纱辊个数、二次展纱辊直径以及维形装置影响,需要综合多方面因素调控。用M55J碳纤维进行了预浸纱制备验证,发现损伤严重需要特别研究与控制。(4)针对高模量碳纤维易损伤的问题,以M55J为试验材料研究了过辊表面材料、放纱张力、过辊个数以及过辊直径对其损伤的影响,通过正交试验确定了各因素影响的显著性,其中过辊个数对纤维损伤影响最大、为正相关,其次是放纱张力、为正相关,过辊直径对其损伤最小、为负相关。结合试验确定了系统基本参数:放纱张力需控制在20N以内;过辊个数不超过5个;过辊直径影响相对较小,可根据纤维展宽以及含胶量要求选择。