一文详细了解用于碳纤维增强树脂基复合材料的丝束扩展技术（五）：铺展单向带对热塑性

2022-04-24 08:38 作者:国际碳材料大会 0人读过 | 我要投稿

丝束铺展是最近在复合材料行业中使用的最先进技术之一。本系列文章将讨论碳纤维展丝技术背景、特点、主要展丝技术类型及其在高性能碳纤维增强聚合物 (CFRP) 复合材料中应用案例。

通过碳纤维铺展丝（ carbon fibre spread tows， CFST）会使长纤维间隔增大，因此在加工铺展CF单向带时需要采取特殊措施，以防止丝束在复合加工之前变得杂乱无章。换句话说，展丝后的稳定性是很有必要的。

为此，设计了一种稳定装置，通过PPS无纺布来稳定并热粘合CF铺展丝来生产连续的UD-CFST胶带。试验时首先使用经纱筒子架来形成UD板，但没有成功，因为获得的UD板不令人满意，纤维丝束间隙没有得到填充（见图1）。

图1 使用经纱筒子架来形成UD板，但纤维丝束存在明显间隙

为了解决这一问题，最大限度地降低丝束之间的间隙，设计了一个新的筒子架，如图2所示。图中显示的设备包括：用于展开CF铺丝筒子架，用于最大限度地减少丝束间距的摆动装置，温控加热辊，用于监测加热材料的接触和持续时间的加热辊前后两个导辊，热塑性非织造布的顶部和底部进料架，以及用于收集稳定/热粘合/干燥预浸料的卷绕管。

图2 使用改进后的装置形成无明显间隙的展丝UD带

UD CFST可通过两种方式用PPS进行稳定：单键干预浸料和双键干预浸料。作为热塑性非织造布的替代品，使用PPS薄膜等热塑性薄膜来稳定CFST（见图3），然后生产UD CFST/PPS薄膜和面纱（见图4）。

图3 使用改进装置和薄膜稳定来生产展丝UD带

不同的层压板由UD CFST/PPS干预浸料（图4）、QI[0，45，90，-45，……0]s CFST/PPS和CF/PPS预固化预浸料（TenCate，HexcelAS4/PPS）制成。

图4 最终生产展丝UD带完成卷装

相关测试结果显示：由CFST/PPS制成的层压板的大多数性能与由标准CF/PPS预浸料制成的层压板的性能大致相同，但弯曲强度较低，这是因为CFST的固结过程一次完成（即从干层到固结层压板），但是传统的预浸料已经预固化，从而得到更好的后固化层压板。

图5显示了由CFST/PPS和CF/PPS制成的层压板的光学横截面，CFST铺层和传统铺层之间的孔隙率差异可归因于所用树脂（PPS）的熔体粘度。在CFST层压板中，使用的树脂为面纱/纤维形式，结晶度为67%，而对于CF层压板，PPS粉末的结晶度为30%。众所周知，结晶度较低的树脂能够实现更好的流动，从而降低孔隙率。