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適于復雜制品成型的不連續預浸帶
2012-6-4 來源:玻璃纖維專業情報信息網
關鍵詞:不連續預浸帶 復雜制品成型

    高性能復合材料設計和制造中的一大挑戰是用碳纖維或玻璃纖維織物在一曲面上提供各向同性的增強效果。因曲面引起的織物屈曲使纖維受力或者改變方向,從而影響最終制品的力學性能。一個解決方法是裁切或縫折織物,但這樣也會影響力學性能。
    為了應對這一挑戰,美國Pepin聯合公司宣布研制了一種名為DiscoTape™的產品,這是一種不連續的預浸漬增強材料單向帶,Pepin稱它具有伸長30%的能力,可以適配復雜的形狀。這種帶可用環氧樹脂或熱塑性樹脂浸漬玻璃纖維或碳纖維制成,厚度為0.13~0.15mm。Pepin研究了不同的纖維長度和裁切樣式,用來優化適于不同用途的DiscoTape帶。

    力學性能
    Pepin研究了DiscoTape與連續帶材相比的力學性能,確定了它的成型極限,評價了它在龍骨、框架、整流罩和雷達罩之類復合材料結構中的應用。
    力學測試表明,雖然這種不連續的單向帶在0°方向的拉伸強度有所降低,但其層間剪切性能和面內剪切性能與連續單向帶比較一致。
    拉伸模量也與連續增強材料的數值接近。
    這些特點使得DiscoTape適用于要求剛性的結構之中。這種不連續單向帶能夠延伸和適配復雜形狀的能力可使制造商在過去一些未能奏效的場合使用這種單向帶。

    雷達罩
    DiscoTape的一個可能用途是雷達罩。這些用纖維增強的復合材料結構在飛機和旋翼飛行器飛行時用來保護雷達設備。這些結構必須承受的極限環境要求材料具有強度和耐久性。然而這些結構也必須具有足夠的透波性,讓雷達頻率穿透結構。
    Pepin公司完成了一項對制造雷達罩用玻璃纖維DiscoTape帶的成型性和透波性的研究。試驗表明帶的不連續性不會總是影響雷達信號的透過性。
    據發現,不連續性可能影響X頻段的信號。在材料顯現信號損失時,可以改變DiscoTape節段的長度,讓成型商按需“調節”材料。
    研究表明,材料在Q頻段下的透波性不受大的影響。這些結果很利于這一用途,因為雷達罩的形狀因飛機而異。飛機和旋翼飛行器的雷達罩都有一個錐體或半球形的部件,這用復合材料制造是一挑戰。用連續的單向帶成型如此復雜的曲面體會因材料起皺而遇困難,皺折可能影響雷達信號和雷達罩的結構整體性。而用連續的單向帶成型時很難避免起皺。與之相比,DiscoTape可以不起皺地成型復雜形狀部件。
    Pepin公司的總裁說,剛性是拱形結構要求的首要性能,而DiscoTape提供剛性。他說,強度可以通過加長不連續纖維的長度來調節。可以調節帶的不連續性的幾何形態,可以改進纖維結構來平衡強度和剛度。
    DiscoTape還有用于很多其它結構的潛力,如風力發電機葉片、醫用成像設備、飛機和旋翼飛行器的結構件等。Pepin公司正在探索DiscoTape在一些常用連續單向帶制造的部件和結構中的應用。

    熱塑性復合材料
    這種不連續單向帶成型復雜形狀制品的能力也引起了美國Fiberforge公司有關人員的注意。Fiberforge公司研創了一種制造連續纖維增強熱塑性塑料制品的專利工藝。有關人員正在評價熱塑性DiscoTape在航空航天中的可能應用,并稱Fiberforge公司已見到用DiscoTape方法來成型復雜的熱塑性復合材料制品的明顯潛力。
    Pepin總裁提到的制造DiscoTape可用的熱塑性塑料有聚醚醚酮、聚苯硫醚和聚醚酰亞胺。

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