碳纤维锥形壳体的缠绕成型受哪些因素影响?

  航空航天器的部件中有一些大型锥形旋转壳体构件,如导弹头部鼻锥、喷管扩散段、雷达罩、飞行器热防护零部件等,对这类特殊用途的构件,要求它具有能满足其特定功能的材料性能。它们可采用一定宽度的碳纤维预浸料通过环向缠绕方式缠绕成形。

  在缠绕过程中,磁粉离合器会生成缠绕张力,并从垂直方向对预浸料进行拉伸,以此使预浸料呈拉直状态,进而可对预浸料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预浸料出现裂纹,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,除了预浸料的等级之外,预浸料自身的尺寸也会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。

  在压辊的辅助下,气缸在碳纤维预浸料上产生的正向压力即为继绕压力。这一压力可以保证浸胶预浸料与芯模的紧密接触,实現预浸料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。

  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碳纤维预浸料在到达缠绕点前,具有一定的软度和粘性,使其更有利于碳纤维预浸料层间粘结和斜缠时将预浸料预先展开成扇形。通过热辊热风对碳纤维预浸料预热,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,预浸料变形愈大,故一般将它们分别控制在100- 160℃范围内。但如温度过高,将会使预浸料上的胶质过早地发生交联反应,使预浸料失去粘性,甚至出现预浸料硬化,引起预浸料缠绕后的褶皱、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。