碳纤维管的热收缩带工艺过程分析

  碳纤维增强复合材料(CFRP)杆、管结构是组成复合材料构件的一种典型单元,是航空航天器结构中常用的结构组件,大型卫星天线支架等大多采用碳纤维圆管。碳纤维管成型一般采用纤维缠绕、预浸料铺层、拉挤成型、热缩成型等工艺,针对不同结构形式及尺寸的复合材料管工艺及性能已有大量研究, 但对于小尺寸碳纤维管,这些成型工艺方法都有一定的局限性。通过铺缠结合热缩成型工艺新技术,解决了小尺寸碳纤维管的表面质量及尺寸精度问题。热缩工艺是采用热收缩带的热缩特性对复合材料施加均压。

碳纤维管

  碳纤维管铺层采用铺缠结合的方法,0°、90°采用搓管机进行铺覆,±45°。采用预浸带缠绕方法,对铺层工艺来讲,单层预浸料的铺覆质量尤为关键,预浸料铺覆质量直接影响产品最终质量及性能,铺放过程需控制预浸料层间包裹的空气,铺覆后需要进行放气处理,避免在后续固化过程中因包裹空气造成局部疏松或鼓起现象;预浸带缠绕过程中需严格控制缠绕角度,避免因纤维屈曲而影响碳纤维管最终力学性能。

  碳纤维管热收缩带采用在铺覆的预浸料表面进行缠绕的工艺方法,关键在于热收缩带缠绕预紧张力和均质性等方面控制。热收缩带缠绕质量是决定产品最终质量的前提保证,在产品固化过程中,收缩带紧张力尽量保持均衡,且满足产品固化要求,热收缩带缠绕过程中,若预紧力不够,则产品固化时,局部收缩力小,加压不足,可能会造成产品局部出现疏松或鼓起现象。

  产品成型后发现,碳纤维管局部加强区与中间直线段部分连接处有部分管件出现了局部鼓起现象。分析原因,主要是由于纤维层厚度不-致,固化过程中在局部加强区轴向收缩量过大使热收缩带在收缩时拉动复合材料管的表面纤维,使纤维错位,改变了纤维的铺层方向,造成不同厚度铺层过渡处出现局部鼓起现象,也有分析认为, 加热方式不当,也会导致受热不均匀,轴向、环向收缩量、收缩率不一致 导致纤维错位。在上述原因分析的基础上,进行了热收缩带缠绕张力调整、不同厚度铺层过渡处工艺处理及固话工艺优化,优化后成型的碳纤维管质量良好,尺寸满足设计使用要求。