轨道飞行器自动铺丝制造用预浸纱制备关键技术研究

发布时间：2017-10-11 01:35

  本文关键词：轨道飞行器自动铺丝制造用预浸纱制备关键技术研究

  更多相关文章： 自动铺丝 热熔法 高模量预浸纱 展纱宽度 含胶量 工艺参数优化

【摘要】：本文针对轨道飞行器铺丝用高模量碳纤维预浸纱制备技术中纤维束展开与损伤、树脂浸润与含胶量控制等关键技术开展研究工作,分析了不同展纱方案的优缺点,研究了超声辅助展开、机械式展纱辊展开的方法;通过建立树脂浸润模型,研究了胶膜厚度、放纱张力、树脂温度、收卷速率以及差速比等因素对含胶量的影响规律,并应用响应曲面法优化了工艺参数,通过小批量试制,所生产的预浸纱达到技术指标要求,满足航天急需。主要研究工作如下:(1)在前期研究的基础上,对比分析了机械式展纱辊法、超声池法和超声杆法等三种不同的纤维展开方案,研究了三种展纱方案对纤维束展宽与损伤的影响;为满足纤维充分展开前提下低损伤的要求,选用机械式展纱辊法进一步研究了放纱张力、过辊数目、展纱辊直径对高模量碳纤维复丝拉伸强度保持率的影响规律以及3种不同程度损伤情况对不同系列纤维的影响,实验结果表明:放纱张力越大,过辊数目越多,展纱辊直径越小,对纤维损伤的影响越严重;放纱张力应控制在5-20N,过辊个数应控制在3-5个,展纱辊直径的影响较小;相同制备环境下,M系列纤维损伤高于T系列纤维;高损伤条件下,两种纤维的拉伸强度保持率均达到对比值的90%以上,工程制备预浸纱时可依据高损伤实验参数进行参数设置。(2)分析了预浸纱制备浸胶工艺,建立了树脂浸润纤维束的浸渍模型,通过单因素以及正交试验,研究了胶膜厚度、放纱张力、树脂温度、收卷速率以及差速比等因素对含胶量的影响规律,获得了最优化工艺参数,开展了工艺稳定性验证实验,实验结果与理论预期一致,同时验证了工艺参数优化的正确性与有效性。(3)采用中心复合设计响应曲面法,建立了放纱张力、胶膜厚度、差速比、收卷速率、树脂温度与预浸纱质量之间的响应模型,并分析了各工艺参数及其交互作用对预浸纱质量的影响规律,优化了工艺参数,并通过精密预浸纱制备系统开展了小批量试制,所试制的预浸纱宽度、含胶量、损伤均达到指标要求。
【关键词】：自动铺丝 热熔法 高模量预浸纱 展纱宽度 含胶量 工艺参数优化
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V46
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 研究背景14-16
• 1.1.1 先进树脂基复合材料14
• 1.1.2 自动铺丝技术14-15
• 1.1.3 轨道飞行器对结构材料及成形工艺的要求15-16
• 1.2 铺丝预浸纱制备技术16-18
• 1.2.1 宽幅预浸料分切技术17
• 1.2.2 纤维束直接热熔浸渍技术17-18
• 1.3 自动铺丝用预浸纱技术指标18-19
• 1.3.1 宽度、厚度18
• 1.3.2 纤维损伤18-19
• 1.3.3 含胶量19
• 1.3.4 预浸纱浸透性19
• 1.4 课题研究意义及研究内容19-21
• 1.4.1 课题研究意义19
• 1.4.2 本文主要研究内容19-21
• 第二章 纤维束的展宽方式与损伤研究21-35
• 2.1 热熔浸胶系统21-22
• 2.2 材料体系的选择22
• 2.3 纤维束展宽机理分析对比22-24
• 2.3.1 机械式展纱辊法对纤维束展宽分析22-23
• 2.3.2 超声波法对纤维束展宽的分析23-24
• 2.3.3 超声波的热效应24
• 2.4 纤维束展宽实验结果分析24-26
• 2.5 展宽方式对纤维束损伤的分析26-27
• 2.6 纤维束过辊损伤研究27-33
• 2.6.1 纤维束过辊损伤机理分析28
• 2.6.2 纤维束损伤试验研究28-31
• 2.6.3 过辊损伤对不同纤维力学性能的影响31-33
• 2.7 本章小结33-35
• 第三章 预浸纱的浸胶机理及含胶量控制研究35-49
• 3.1 含胶量要求及测量方法35
• 3.1.1 含胶量要求35
• 3.1.2 含胶量测量方法35
• 3.2 树脂体系及浸渍温度选择35-36
• 3.3 浸胶方式设计36-37
• 3.4 浸胶过程研究37-40
• 3.4.1 树脂浸渍纤维束过程37
• 3.4.2 模型分析37-39
• 3.4.3 浸渍程度与含胶量的关系39-40
• 3.5 含胶量影响因素实验研究40-44
• 3.5.1 胶膜厚度对含胶量的影响41-42
• 3.5.2 放纱张力对含胶量的影响42-43
• 3.5.3 树脂温度对含胶量影响43
• 3.5.4 收卷速率、差速比对含胶量影响43-44
• 3.6 正交试验分析44-47
• 3.7 工艺稳定性验证47
• 3.8 匀胶阶段改进47-48
• 3.9 本章小结48-49
• 第四章 预浸纱质量工艺参数优化研究49-71
• 4.1 预浸纱制备系统49-50
• 4.1.1 预浸纱质量指标要求49
• 4.1.2 精密预浸纱制备系统开发49-50
• 4.2 各系统主要功能分析50-54
• 4.2.1 放纱系统50-51
• 4.2.2 张力控制与展纱51-52
• 4.2.3 浸胶系统52-53
• 4.2.4 匀胶系统53
• 4.2.5 在线检测系统53-54
• 4.2.6 收卷覆膜系统54
• 4.3 响应曲面法优化分析54-57
• 4.3.1 预浸纱质量优化原则55
• 4.3.2 响应曲面模型建立55-56
• 4.3.3 响应曲面模型的误差分析56-57
• 4.3.4 中心复合设计57
• 4.4 响应曲面优化实验57-68
• 4.4.1 响应曲面实验设计57-58
• 4.4.2 实验材料58
• 4.4.3 响应实验结果58-61
• 4.4.4 方差分析与显著性检验61-64
• 4.4.5 响应面分析64-67
• 4.4.6 工艺参数优化67-68
• 4.4.7 实验验证68
• 4.5 预浸纱带拉伸试验68-69
• 4.6 本章小结69-71
• 第五章 总结与展望71-73
• 5.1 本文工作总结71
• 5.2 后续工作展望71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 徐挺;李勇;还大军;闫西涛;肖军;;基于热熔法的铺丝用预浸纱含胶量控制[J];南京航空航天大学学报;2015年05期

2 谢飞;文立伟;肖军;李志慧;;直接预浸法制备预浸纱的展纱宽度研究[J];玻璃钢/复合材料;2015年06期

3 蒋彩;江大志;;高性能树脂基体改性的研究进展[J];高分子材料科学与工程;2013年10期

4 张群英;严玉蓉;;复合材料在医疗器械中的应用[J];中国医疗器械信息;2012年02期

5 沈春萍;;新型纤维材料及其制品在体育用品中的应用[J];合成纤维;2011年10期

6 章令晖;陈萍;;先进树脂基复合材料在卫星天线系统中的应用[J];宇航材料工艺;2011年04期

7 罗云烽;孙永春;段跃新;肇研;;大丝束碳纤维薄层化技术[J];复合材料学报;2010年01期

8 蒋鞠慧;陈敬菊;;复合材料在轨道交通上的应用与发展[J];玻璃钢/复合材料;2009年06期

9 陈亚莉;;确定航空复合材料结构大趋向的铺带机及纤维铺放机[J];航空维修与工程;2009年06期

10 陈祥宝;张宝艳;邢丽英;;先进树脂基复合材料技术发展及应用现状[J];中国材料进展;2009年06期

，

本文编号：1009799