典型纏繞復(fù)合材料試件制作與性能測試
復(fù)合材料常常是各項異性材料,其設(shè)計分析方法與金屬材料不同。復(fù)合材料的各項異性性能導(dǎo)致其與金屬材料性能測試方法的差異。對于傳統(tǒng)材料,設(shè)計人員在選定材料的同時就可以根據(jù)材質(zhì)(或牌號)從手冊或廠家提供的材料說明書獲得性能數(shù)據(jù)。復(fù)合材與其說是材料不如說是結(jié)構(gòu)更確切,它的性能與樹脂基體、增強材料、工藝條件、存放時間和環(huán)境有多種因素有關(guān)。
在進(jìn)行復(fù)合材料設(shè)計工作之前對原材料性能進(jìn)行測試是非常必要的,但還不能說掌握了設(shè)計所必需的性能數(shù)據(jù),只能認(rèn)為對原材料的選擇奠定了基礎(chǔ)。目前微觀力學(xué)方法預(yù)測的結(jié)果尚有局限性,只能定性估算。復(fù)合材料構(gòu)件設(shè)計所需的性能數(shù)據(jù)需要由基本性能試驗獲得,這一點對設(shè)計工作是至關(guān)重要的。
復(fù)合材料性能測試是材料選擇,評價增強材料、樹脂基體、界面性能、成型工藝條件和制造技術(shù)水平,以及制品設(shè)計的依據(jù)。
一、單向纖維復(fù)合材料平板
單向復(fù)合材料的彈性性能有0度、90度、45度方向的拉伸、壓縮性能表征,纖維與樹脂之間界面性能由彎曲及層間剪切試驗表征。為評價材料性能,根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB3354—82、GB3856—83、 GB3356—82、GB3357—82、GB3355—82的具體要求,完成單向纖維復(fù)合材料平板的制作,再將纖維復(fù)合材料平板加工成各項試驗方法要求的試樣尺寸和數(shù)量。
1、單向纖維復(fù)合材料平板的制作
纏繞法是使從紗架上引出的纖維,依次通過張力器、膠槽、導(dǎo)紗輥、繞絲嘴,纏繞到芯模表面,最后固化成型。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定模板尺寸為270mm X 270mm,模板一次可纏繞制作兩塊平板(正反兩面),能夠加工拉伸、壓縮、彎曲、層間剪切等性能試驗所需試件數(shù)量。制作平板最好用聚四氟乙烯布作為脫模片鋪覆在模具表面,不用脫模劑、防止脫模劑遷移到復(fù)合材料表面給粘接鋁片工序帶來困難。用少量硅酯使脫模片鋪覆在模具表面時,能夠很好的展平,避免試件固化后表面不光滑。
纏繞過程中通過張力控制裝置調(diào)整每團紗的張力,一般以纖維強力的5%—8%為宜,張力應(yīng)保持穩(wěn)定。纏繞速度不超過30r/min.工藝過程中可使膠槽加熱,降低樹脂粘度,提高樹脂對纖維的浸潤性能。纖維應(yīng)均勻地分布在模具表面直至所需厚度,纏繞層數(shù)按下式計算。