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怎么样才算是好的碳纤维预浸料

 预浸料(Prepreg,PreimpregnatedMaterials),是把基体(Matrix)浸渍在强化纤维(Reinforced Fiber)中制成的预浸片材产品,是复合材料的中间材料。

碳纤维预浸料是由增强体,如碳纤维纱、树脂基体、离型纸等材料,经过涂膜、热压、冷却、覆膜、卷取等工艺加工而成的复合材料,又名碳纤维预浸布。

 

性能特点

  • 强度高、密度小:碳纤维预浸料的强度可以达到钢材的6-12倍,密度只有钢材四分之一

  • 可塑性好:可根据模具形状做成任何形状,成型容易,便于加工

  • 耐腐蚀,寿命长 

碳纤维预浸料种类

 

碳纤维预浸料的种类有单向碳纤维预浸料及编织碳纤维预浸料,单向碳纤维预浸料在纤维方向有最大的强度,通常用于有不同方向组合的叠层板,而编织碳纤维预浸料具有不同的编织方式,其强度在两个方向约相等,可应用于不同的结构物。

应用领域

广泛应用于钓具、运动器材、体育用品、航空航天等领域, 军事上用于制造火箭、导弹、卫星、雷达、防弹车、防弹衣等重要军工产品。

 

那么,究竟什么样的碳纤维预浸料才算是好的预浸料呢?

首先,预浸料是树脂和碳纤维的组合物,那么,二者组合的好不好肯定是判定预浸料好坏的标准,树脂与碳纤维组合的好,才能有好的力学性能;

其次,预浸料是用来制造复合材料的中间材料,所以好的预浸料在做复合材料的时候,应该有很好的操作性,也可称为工艺性。 

最后,预浸料也要考虑客户的其他要求,比如质量稳定,储存寿命长,外观等。

 

力学性能

| 树脂和碳纤维匹配性

预浸料是将碳纤维预先浸渍在树脂基体内,树脂与碳纤维的匹配性决定着碳纤维的性能能否很好地遗传到复合材料上。

一款好的预浸料,树脂应该可以和碳纤维有良好的结合性能。由于碳纤维在出厂时,为了防止纤维起毛,会在碳纤维表面包覆一层上浆剂。上浆剂主剂多用环氧树脂,它能与碳纤维表面形成很强的化学键。

上浆剂是碳纤维厂商的核心技术之一,其配方是对外保密的。中国对上浆剂的研究非常少,只有少数几家科研院所有做,大部分上浆剂还依赖国外进口。

| 树脂偏差

树脂含量对复合材料制品的力学性能影响很大,树脂含量的波动会造成力学性能分布不均匀,所以树脂含量偏差应尽可能低。至少控制在±3%以内,以保证复合材料纤维体积含量和力学性能的稳定性。

| 挥发组分

预浸料挥发组分含量影响到复合材料的孔隙含量。挥发分含量高,成型复合材料难免残留部分小分子物质,会造成复合材料孔隙增大,严重降低复合材料的力学性能。挥发分含量尽可能小。一般在2%以下,以降低复合材料中的孔隙含量,提高复合材料的力学性能。主要承力构件预浸料的挥发分含量要求控制在0.8%以下。

工艺性

| 树脂粘性

预浸料的粘性是指在一定温度下自身互相粘贴的能力,同一片预浸料,温度低可能失去粘性,温度高又有粘性,温度相差大约5℃,粘性就会有明显变化,因此粘性试验温度一般确定为20~25℃,同时湿度定为40%~70%。粘性失去时间不长的预浸料,稍许提高温度,粘性得以改善,只要能实现部件的铺贴工艺,试验表明对其力学性能没有太大影响。

粘性不宜太大,以便于铺层有误时可以分开重新进行铺贴而预浸料又不至于被损坏;粘性也不能太小,以使得在工作温度下两块预浸料能粘贴在一起不至于分开。遗憾的是,粘性的评价还没有找到一个非常适宜的方法,“感觉”很重要。

| 铺敷性

所谓铺敷性是指预浸料铺层时,使其适合于复杂形状模具铺层的能力。对于复合材料设计师来说,预浸料是具有一定力学性能的结构单元,可以通过铺层的方式制造各种复合材料构件。对于结构复杂的部件,要求预浸料可以完美贴合复杂曲面。就预浸料而言,铺敷法比粘性的要求更高,失去粘性的预浸料铺敷性肯定不合格。

| 固化温度

对于热固性的预浸料,通过加热使树脂进行固化,一般来讲,固化成型时要求预浸料有较宽的加压带,即在较宽的温度范围内加压,都可以得到满意的复合材料构件而对性能无明显影响。这样可以保证固化工艺有误差时,最终制品的性能保持均一性。希望树脂的固化温度低、固化时间短。但一般的规律是固化温度随树脂基体耐热性能的提高而增加,固化时间随固化温度的提高而缩短。目前,180℃左右的固化温度还是可以接受的。

| 树脂流动性

一般要求预浸料树脂有适当的流动度。流动度表示预浸料在一定温度和压力下成型过程中树脂流动或迁移的能力,它与树脂的粘度和预浸料中树脂含量有关系。预浸料中树脂含量越高,粘度越小,树脂流动度越大。层压件的流动度可以大一些,以便于树脂均匀分布并浸透增强材料;夹层结构流动度应比较小,以使得面板和芯材能牢固的结合在一起。树脂熔融粘度大、流动性差,不利于对纤维的浸润,成型复合材料的拐角处往往有贫树脂现象,这些都会降低复合材料的力学性能。

其他要求

| 质量稳定

预浸料是复合材料设计师用来组合的基本结构单元,其性能的稳定性和均一性决定着复合材料设计的精确性。一款好的预浸料应该具备非常好的质量稳定性,要求每卷预浸料间或者每批次间,其性能都具有很好的均一性。这就需要制造厂商严格控制生产流程,对影响预浸料性能的生产工序做到精确量化。

| 贮存寿命

对于热固性预浸料,潜伏性固化剂使树脂在常温下会产生交联,虽然这个过程会很慢,但是会影响预浸料的粘性和性能。由于从预浸料到制造复合材料中间会有一段时间,所以预浸料应该在这段时间保持良好的粘性。一款好的预浸料应具有较长的贮存寿命。通常要求室温下的粘性贮存期大于1个月,-18℃下大于12个月,以满足复合材料铺贴工艺和力学性能要求。

| 外观

这是一个拼颜值的时代,一款好的产品,应该具有好的卖相。好的预浸料首先一定要满足性能要求,其次它还应该是生产者心目中的艺术品,兼具工业性和美学性。预浸料布面要平整,不能有褶皱,不能有鼓泡和白点。纤维排布要平顺,不能堆叠和弯曲。

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