控制碳纤维管缠绕工艺参数的有效方式分析

  碳纤维管是碳纤维复合材料制品中较为常见的产品,在航天航空、海装军工、医疗器械、体育用品等多个领域有着广泛的应用。一般碳纤维管常用成型方式有缠绕成型、手糊成型、模压成型,本文针对碳纤维管缠绕工艺参数的控制方式做个分析。

  1、控制缠绕张力

  在缠绕过程中,磁粉离合器会生成缠绕张力,并从垂直方向对布带进行拉伸,以此使布带呈拉直状态,进而可对布带的纤维均衡施加来自于水平方向的作用力。张力的作用是对缠绕过程的变形效果进行加强,然而如果施加的张力过大则会导致布带出现裂纹,进而会导致产品的质量受到影响。

  张力会受到多种因素的影响,除了布带的材质以外,布带在胶中的浸泡时间、是否完全烘干、布带自身的尺寸都会对张力的大小产生直接影响,此外,磁粉离合器的转矩也是影响缠绕张力的主要因素之一。 在张力控制过程中,需保证环境封闭,基于传统的PID控制法,并应用模糊算法可提出全新的模糊自适应PID算法,这一算法可以保障在缠绕张力控制时的时间适应性,可以有效降低误差的出现,进而使之对冲击有极强的抵御能力。算法调整之前的偏差值为7%,调整后优化到4%,效果较为理想。

  2.控制缠绕压力

  在压辊的辅助下,气缸在浸胶后的布带上产生的正向压力即为继绕压力。这一压力可以保证浸胶布带与芯模的紧密接触,实现布带各个层级的有效粘合,将层级之间的气泡完全排出,同时对固化过程中树脂的有效渗透也有一定的保障。由于缠绕压力会受到压辊压力的影响,因此应将压辊压力设定为180N,增强缠绕的紧密度,进而有效提升固化完成后的产品性能。在控制缠绕压力过程中应实现闭环控制,气缸以动力进行驱动。由于气动原件的压力呈缓慢变化状态,因此,压力的输出也较为缓慢。

  3、缠绕温度控制

  影响缠绕温度的主要因素有热辊温度和热风温度。对缠绕温度的控制就是通过对热风及热辊温度控制实现的。为保证有尽可能大的压辊压力以及保持压力值的稳定性,一般压辊的材质都采用金属,从而限制了压辊的导热性。

  热辊温度和热风温度的主要作用都是使经由热辊的浸胶布带在到达缠绕点前,具有一定的软度和粘性,使其更有利于布带层间粘结和斜缠时将布带预先展开成扇形。通过热辊热风对胶布带预热,为此要求热辊表面积热风在缠绕开始之前具有一定的温度。 当缠绕张力、压力和缠绕速度不变时,热辊表面温度和热风温度愈高,布带变形愈大,故一般将它们分别控制在100-160℃范围内。但如温度过高,将会使浸胶布带上的胶质过早地发生交联反应,使布带失去粘性,甚至出现布带硬化,引起布带缠绕后的褶皱、滑移,甚至断裂。如温度过低,也将影响布层间的粘结,降低缠绕制品的质量。

  由于碳纤维复合材料产品有多种不同的形状要求,性能标准也有所差异,需要经验丰富的技术人员对其进行把控。如果您有碳纤维管以及其他碳纤维制品的定制需求,可直接与我司技术联系。