本文關鍵詞：軌道飛行器自動鋪絲制造用預浸紗制備關鍵技術研究

  更多相關文章： 自動鋪絲 熱熔法 高模量預浸紗 展紗寬度 含膠量 工藝參數(shù)優(yōu)化

【摘要】：本文針對軌道飛行器鋪絲用高模量碳纖維預浸紗制備技術中纖維束展開與損傷、樹脂浸潤與含膠量控制等關鍵技術開展研究工作,分析了不同展紗方案的優(yōu)缺點,研究了超聲輔助展開、機械式展紗輥展開的方法;通過建立樹脂浸潤模型,研究了膠膜厚度、放紗張力、樹脂溫度、收卷速率以及差速比等因素對含膠量的影響規(guī)律,并應用響應曲面法優(yōu)化了工藝參數(shù),通過小批量試制,所生產(chǎn)的預浸紗達到技術指標要求,滿足航天急需。主要研究工作如下:(1)在前期研究的基礎上,對比分析了機械式展紗輥法、超聲池法和超聲桿法等三種不同的纖維展開方案,研究了三種展紗方案對纖維束展寬與損傷的影響;為滿足纖維充分展開前提下低損傷的要求,選用機械式展紗輥法進一步研究了放紗張力、過輥數(shù)目、展紗輥直徑對高模量碳纖維復絲拉伸強度保持率的影響規(guī)律以及3種不同程度損傷情況對不同系列纖維的影響,實驗結果表明:放紗張力越大,過輥數(shù)目越多,展紗輥直徑越小,對纖維損傷的影響越嚴重;放紗張力應控制在5-20N,過輥個數(shù)應控制在3-5個,展紗輥直徑的影響較小;相同制備環(huán)境下,M系列纖維損傷高于T系列纖維;高損傷條件下,兩種纖維的拉伸強度保持率均達到對比值的90%以上,工程制備預浸紗時可依據(jù)高損傷實驗參數(shù)進行參數(shù)設置。(2)分析了預浸紗制備浸膠工藝,建立了樹脂浸潤纖維束的浸漬模型,通過單因素以及正交試驗,研究了膠膜厚度、放紗張力、樹脂溫度、收卷速率以及差速比等因素對含膠量的影響規(guī)律,獲得了最優(yōu)化工藝參數(shù),開展了工藝穩(wěn)定性驗證實驗,實驗結果與理論預期一致,同時驗證了工藝參數(shù)優(yōu)化的正確性與有效性。(3)采用中心復合設計響應曲面法,建立了放紗張力、膠膜厚度、差速比、收卷速率、樹脂溫度與預浸紗質(zhì)量之間的響應模型,并分析了各工藝參數(shù)及其交互作用對預浸紗質(zhì)量的影響規(guī)律,優(yōu)化了工藝參數(shù),并通過精密預浸紗制備系統(tǒng)開展了小批量試制,所試制的預浸紗寬度、含膠量、損傷均達到指標要求。
【關鍵詞】：自動鋪絲 熱熔法 高模量預浸紗 展紗寬度 含膠量 工藝參數(shù)優(yōu)化
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V46
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 緒論14-21
• 1.1 研究背景14-16
• 1.1.1 先進樹脂基復合材料14
• 1.1.2 自動鋪絲技術14-15
• 1.1.3 軌道飛行器對結構材料及成形工藝的要求15-16
• 1.2 鋪絲預浸紗制備技術16-18
• 1.2.1 寬幅預浸料分切技術17
• 1.2.2 纖維束直接熱熔浸漬技術17-18
• 1.3 自動鋪絲用預浸紗技術指標18-19
• 1.3.1 寬度、厚度18
• 1.3.2 纖維損傷18-19
• 1.3.3 含膠量19
• 1.3.4 預浸紗浸透性19
• 1.4 課題研究意義及研究內(nèi)容19-21
• 1.4.1 課題研究意義19
• 1.4.2 本文主要研究內(nèi)容19-21
• 第二章 纖維束的展寬方式與損傷研究21-35
• 2.1 熱熔浸膠系統(tǒng)21-22
• 2.2 材料體系的選擇22
• 2.3 纖維束展寬機理分析對比22-24
• 2.3.1 機械式展紗輥法對纖維束展寬分析22-23
• 2.3.2 超聲波法對纖維束展寬的分析23-24
• 2.3.3 超聲波的熱效應24
• 2.4 纖維束展寬實驗結果分析24-26
• 2.5 展寬方式對纖維束損傷的分析26-27
• 2.6 纖維束過輥損傷研究27-33
• 2.6.1 纖維束過輥損傷機理分析28
• 2.6.2 纖維束損傷試驗研究28-31
• 2.6.3 過輥損傷對不同纖維力學性能的影響31-33
• 2.7 本章小結33-35
• 第三章 預浸紗的浸膠機理及含膠量控制研究35-49
• 3.1 含膠量要求及測量方法35
• 3.1.1 含膠量要求35
• 3.1.2 含膠量測量方法35
• 3.2 樹脂體系及浸漬溫度選擇35-36
• 3.3 浸膠方式設計36-37
• 3.4 浸膠過程研究37-40
• 3.4.1 樹脂浸漬纖維束過程37
• 3.4.2 模型分析37-39
• 3.4.3 浸漬程度與含膠量的關系39-40
• 3.5 含膠量影響因素實驗研究40-44
• 3.5.1 膠膜厚度對含膠量的影響41-42
• 3.5.2 放紗張力對含膠量的影響42-43
• 3.5.3 樹脂溫度對含膠量影響43
• 3.5.4 收卷速率、差速比對含膠量影響43-44
• 3.6 正交試驗分析44-47
• 3.7 工藝穩(wěn)定性驗證47
• 3.8 勻膠階段改進47-48
• 3.9 本章小結48-49
• 第四章 預浸紗質(zhì)量工藝參數(shù)優(yōu)化研究49-71
• 4.1 預浸紗制備系統(tǒng)49-50
• 4.1.1 預浸紗質(zhì)量指標要求49
• 4.1.2 精密預浸紗制備系統(tǒng)開發(fā)49-50
• 4.2 各系統(tǒng)主要功能分析50-54
• 4.2.1 放紗系統(tǒng)50-51
• 4.2.2 張力控制與展紗51-52
• 4.2.3 浸膠系統(tǒng)52-53
• 4.2.4 勻膠系統(tǒng)53
• 4.2.5 在線檢測系統(tǒng)53-54
• 4.2.6 收卷覆膜系統(tǒng)54
• 4.3 響應曲面法優(yōu)化分析54-57
• 4.3.1 預浸紗質(zhì)量優(yōu)化原則55
• 4.3.2 響應曲面模型建立55-56
• 4.3.3 響應曲面模型的誤差分析56-57
• 4.3.4 中心復合設計57
• 4.4 響應曲面優(yōu)化實驗57-68
• 4.4.1 響應曲面實驗設計57-58
• 4.4.2 實驗材料58
• 4.4.3 響應實驗結果58-61
• 4.4.4 方差分析與顯著性檢驗61-64
• 4.4.5 響應面分析64-67
• 4.4.6 工藝參數(shù)優(yōu)化67-68
• 4.4.7 實驗驗證68
• 4.5 預浸紗帶拉伸試驗68-69
• 4.6 本章小結69-71
• 第五章 總結與展望71-73
• 5.1 本文工作總結71
• 5.2 后續(xù)工作展望71-73
• 參考文獻73-77
• 致謝77-78
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文78

【參考文獻】

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本文編號：1009799