技术干货·一文详细了解碳纤维预浸料的典型特性及加工工艺（典藏版）.docx

技术干货一文详细了解碳纤维预浸料的典型特性及加工工艺（典藏版）1碳纤维预浸料1.1碳纤维预浸料碳纤维预浸料是指连续碳纤维、碳纤维织物或短切碳纤维在一定 工艺条件下经过树脂基体浸渍形成的碳纤维/树脂基体的混合体，它是 制造先进复合材料结构件的一种主要材料方式。作为一种纤维增强树脂基材料，碳纤维预浸料在高温加压条件下 可以固化成型，从而得到高强质轻的复合材料结构件。复合材料几种 主要成型技术如图1所示，而预浸料依靠其优异性能成为复合材料主 流材料之一。图1复合材料主要成型技术图2显示了复合材料与传统金属、混凝土、木材等材料的性能对 比，复合材料的性能优势体现在：重量轻、强度高、刚度好等；尤其是其轻质高强的优点，使其成为航空、航天、汽车轻量化等青睐的关 键材料。密度(kg/m3)100 I私:木材拉伸模量(MPa)to ooaiw ooomaoooQ1000 I 湘 1=7林t =?卷习上,也=?；朝土 铝it 购。二 ry_|# -h .Ll-r.图2复合材料主要性能优势1.2为什么使用碳纤维预浸料碳纤维预浸料具有易成型、成本低、纤维含量易控制等优点，而 且碳纤维预浸料具有优异的拉伸、刚度、疲劳、耐腐蚀等性能。因此， 碳纤维预浸料获得广泛应用。在碳纤维预浸料选择上主要取决于两大因素：性能和成本。预浸 料主要优点如下所示：1.3碳纤维预浸料主要形式碳纤维预浸料主要由碳纤维和树脂基体两大组分组成，按照碳纤 维增强方式，碳纤维预浸料可以分为单向增强和多向增强两种，如图3 所示。目前碳纤维预浸料已经在航空航天、工业领域获得广泛应用。图3碳纤维预浸料主要形式2碳纤维预浸料中的材料性能2.1碳纤维站晚楠乙乙 阳仪成有蜜肆朝茸与勇刑跋有潍9国ns"QOSDOD It OOSlt00034.如乾 顷：l£ MZ： OOOfaosroooyDOSS0009C0G9OOOZBdW 邕母由感/。寿士糖蛔茸壬御虫者甲更劄危丰毒士楠，者可 砌淄一典洞g肆朝茸？W喜朝留塞丑跋有物'业坦9国此阳仪勇刑煮H毒有蜜肆朝茸与成有潍E.g种审瞬W店室幽、辨般潍V国。覃等幽我裂喜爵覃者茸0'成士糖漏倒朝茸壬覃斜筝茸'回在收酒登收薄壬U5僵 阳跋有潍'业坦t国此阳仪更劄留圾阳跋有蜜肆朝茸与南有潍按照碳纤维编织方式，碳纤维织物可以分为机织物、针织物和无 纺布，其中机织物按照经、纬向纤维交织规律可以分为平纹、斜纹和 缎纹，如图6所示。图6碳纤维机织物几种形式斜纹织法（万1,3门，2）缎纹织法碳纤维无纺布又称非织造布，它是指未经编织一种织物，如图7 所示，传统纺织纤维无纺布成型方法主要包括水刺法、针刺法、热轧 法等方法。NC2h无纺布单向材料组合并缝合铺覆性能中等F无卷曲*£ i-r-的 亏 -=r ;曲.?! r图7碳纤维无纺布2.3树脂基体性能环氧材脂优点用途忧异的力学性能120T固化180°C固化航空与肮天肮空与航天良好0勺耐环境性和高韧性炼育军事休闲海事汽车轨遒交通i睡-T* .-=r=3 X -i Hr j_ J目前碳纤维预浸料常用的树脂基体为环氧树脂、酚醛树脂、双马 树脂等，不同类型树脂的优点、使用情况如下表所示。忧异的耐火性能忧异的耐高温愤能-使用温度高达2石0弋-良好的力学性鄙*良荒的耐化学,耐火和抗幅射性能-艮好的耐曷温任低地再性,快速固化*工艺成本优势明显航空与航天C酉内海事聒道交通肮空发动机耐高温群件碳纤维预浸料的加工3.1碳纤维预浸料是如何加工的？碳纤维预浸料主要有两种生产方式：一种为直接将树脂加热，以 降低其黏度，便于均匀散布于纤维之间，称为热熔法。另一种为将树 脂溶于溶剂中来降低黏度，待树脂含浸纤维后再加热使溶剂挥发，称 为溶液浸渍法。目前碳纤维预浸料常用的热熔法又可以分为一步法（图8）和两步 法（图9）。在两步法中第一步需要先制备树脂膜，然后进行预浸处理， 目前国内碳纤维预浸料约90%工艺采用热熔两步法。图8碳纤维预浸料热熔一步法成型工艺罗聚1-柳脂膜制造图9碳纤维预浸料热熔两步法成型工艺 3.2碳纤维预浸料是如何铺贴成件？在碳纤维预浸料铺贴成件过程中首先需要工装设计，通过设计一 种简单、稳定的工装意味着在固化过程中能够对部件施加均匀压力， 工装设计主要考虑因素如下：(1)检查I装表面是否有气孔(2 )防滑带，密封带,切割垫板 和真空嘴等放置于工作区Additicnal too AreatD3»pt GripStrix, Seal 均 Tape.CutJ«gRateaj>dVaojuri kits(3)顾工偷(4 )热电隅典型陲(5 )模具厚度恒定，保证侍热均 匀，分布均匀(6 )开口式工装结构减少蜓耗 ,改善空气循环和均衡加热.(7)模具定位销基准,也可用于 激光定位铺贴lypical Positicns for Tool Control IteinocajplMCoadant Rate ThicknessW馈lenperatwe隅 ofiettrojghoutthemTw, LecatJOn 枷EB wtetum Pdrto fa|aignment checks ardBalanced & open Brasnuowe 鼬哩 咿促血 In reduce the 问 sifka aterlallay-jpaicuarcuiatonaftdeveihsam(8) 固定封边条(9) 预浸料的切割垫板(10 ) 1成2条真空密封带(11)防滑带(12 )真空通道(13)避免箕空袋受ve all sharp e$ thal may bagtaiku 噂/手工国放：预浸料的手郭非自动铺放工芝诘用于各种类壁 的、不同宽反的单向或织物脚维增强翰浸S（W.碳绿.钢 夫抻奸iU）铺放，这类顼浸餐带有果z;邪SV或商艰维保护臆, 珪用于豆杂磋状部件，魂根和典彪板的中、小批量生产。台幼辑辎ATLI：用于单向预浸带的自助便5K,也可用于其他增强相 料，如破璃奸城顶浸料、湿可刺布和金JK网稹浸料警.典帝宛度为 150亲米（5.9"）或300席米1L81%其他竟度则取决于ATL设备参数 底顼浸料早面带有离型纸，遣于大中邛曲率拘单祗堵枸部件。自动铉丝（AFP）:用于单向窄带预浸料坯动浦放.通常 竟度可在3.175辜米（1愿七6湖毫制1M"）或1如采 1整“），苗神卷函规格可选。管带西浸料备有渠己嫦 保护膜，适用于大源军复杂始构的制造。3.3碳纤维预浸料成型工艺有哪些？预浸料常用的成型工艺主要包括真空袋工艺、热压罐工艺、模压 匚艺、卷管工艺、拉挤成型工艺、缠绕成型工艺、压力袋工艺等。A散壁酝天海事*铁果肉情A找睦汽车A高质量短合材料*靖构都件材坂音业耳平体工警二来源：碳纤维及其复合材料技术