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【复材资讯】连续碳纤维增强PPS预浸带、缠绕管、层压板的影响分析
澎湃新闻·澎湃号·政务 / 林冲 / 2020-09-17 09:10:56
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聚苯硫醚(PPS)具有耐高温、耐腐蚀、绝缘、吸湿率低等优点,被称为五大“工程塑料”、八大“航空材料”之一。采用碳纤维作为增强体,可以大幅度提升这种材料的抗冲击以及耐高温、耐腐蚀等性能,扩大其应用范围。目前,连续碳纤维增强PPS复合材料已被广泛应用在飞机的机翼、鼻锥、油箱口盖等部件上,在减轻重量、减少油耗等方面发挥出特殊优势。未来,这种新型复合材料将在电子电器、汽车工业、机械制造等行业中拥有更多的用武之地。

不过,国内对连续碳纤维增强聚苯硫醚复合材料的应用水平还远远不够,原材料方面的制备水平与美欧之间的差距严重制约了其应用与发展。下文就针对连续碳纤维增强PPS预浸带的质量对层压板和缠绕管的性能影响做一简要介绍。

连续碳纤维增强PPS预浸带

连续碳纤维增强PPS预浸带对层压板性能的影响:

连续碳纤维增强PPS复合材料板的层压过程也是PPS树脂再浸渍碳纤维的过程,树脂对碳纤维良好的浸润效果和界面粘结性有助于发挥出该种复合材料的力学性能。其中,单向碳纤维预浸带的铺层方向、铺层设计直接决定了层压板在纤维方向和垂直方向上的力学表现。例如,碳纤维铺层的取向影响到板材的拉伸性能,碳纤维的取向度越高,强度越大;碳纤维铺层设计影响到层压板的层间剪切强度,进而影响到板材的抗冲击性能。连续碳纤维与PPS基体树脂的粘结性对板材的性能影响非常明显,其界面粘结强度越大,板材的整体抗外界破坏能力越强。
因此,必须保证预浸带中碳纤维丝束的均匀分布和树脂比例的合理分配。一旦出现碳纤维丝束过于集中或者树脂富集的情况,就会产生残余应力,在板材承受负载时,就可能产生层间分离的情况,从而影响到整个板材的性能表现。

连续碳纤维增强PPS板材

连续碳纤维增强PPS预浸带对缠绕管性能的影响:

将连续碳纤维增强PPS预浸带加压缠绕到芯模或内衬层上,经过冷却定型,得到管材制品,该工艺具有高生产率和质量稳定等诸多优点。
连续碳纤维增强PPS预浸带与缠绕管的性能密切相关,如果连续碳纤维增强PPS复合材料预浸带中碳纤维丝束分布不均匀,或者在缠绕成型过程中预浸带铺放不精确、有重叠,就会对碳纤维管材管壁密度的稳定性产生负面影响。

预浸带的浸渍均匀度对管材的均匀性更是直接相关。预浸带中的碳纤维丝束和PPS树脂含量都要保持合理的比例,树脂基体的含量过多,成型中就比较容易出现缺陷,增加了直接剪切破坏的可能性。除此之外,如果预浸带中的空隙率过高的话,也会对管材的ILSS、耐疲劳性等方面产生不利影响。

连续碳纤维增强PPS管材

目前采用熔融浸渍技术制备连续碳纤维增强PPS预浸带,自主设计的螺杆挤出设备在输送熔融的聚苯硫醚树脂时,能够提供充分的浸渍动力,通过提升PPS树脂的流动性,增强PPS熔体对碳纤维的全面包覆和浸渍效果,有效保证了预浸带的质量稳定性。

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