做和国外预浸料的研发进展与应用

国外预浸料的研发进展与应用

随着复合材料研究和开发的不断进步, 使用领域日渐扩大, 复合材料构件不同制造工艺、不同工作条件对预浸料也提出了不同要求。为了适应来自多方面的需要,新的预浸料不断出现, 预浸料的类型不断增加。按物理状态分类,预浸料分成单向预浸料、单向织物预浸料、织物预浸料; 按树脂基体不同,预浸料分成热固性树脂预浸料和热塑性树脂预浸料; 按增强材料不同, 分成碳纤维( 织物) 预浸料、玻璃纤维( 织物) 预浸料、芳纶( 织物) 预浸料; 根据纤维长度不同, 分成短纤维( 4176mm 以下) 预浸料、长纤维( 1217mm) 预浸料和连续纤维预浸料; 按固化温度不同, 分成中温固化( 120℃) 预浸料、高温固化( 180 ℃) 预浸料以及固化温度超过200 ℃ 的预浸料等。

新近发展趋势说明材料供应商正一如继往地扩大预浸料工艺的范围。非常清楚的是，如果其生产、储存和加工的费用能降低的话，预浸料会得到较大的市场认可。

对此贡献最大的是固化温度的降低。Hexcel Composites公司的一位预浸料专家Neil Howard说，如果温度能降低最重要整体上来看到足以不需目前在航空航天中通常所用的热压釜固化它将产生极大的影响。除了免掉加工管理费用外，能减少模具成本，还在复合材料成品中减少弹性后效。Hexcel的化学家已通过使用M21，朝这一方向迈进了一步。M21是一种第三代韧性环氧基体，它具有航空航天应用所需的机械强度、刚度和其它性能，但可在l30℃时(而非通常的180℃)固化。M21在湿热老化后在冲击及开孔压缩试验中表现出高的压缩强度。在温度高达130℃还保留湿热性能。此树脂流动性能良这是为了能够使得装备有更长的使用寿命时间好，而且固化简单不需后固化。M21可与单向带和多轴织物一起使用作为适用于大型航空航天结构件的预浸料。

M36这种空中客车公司认可的材料是另一130℃时固化的基体配套材料，被作为厚膜应用。有趣的是，M36同样地瞄准树脂灌注工艺，此工艺与“标准的”航空航天用热压釜预浸料工艺(作为推荐应用单向带和机织织物的预浸料领域)竞争。因为密度比标准180℃固化基体的约低10％，此树脂可节省重量，优于第二代(增韧的)环氧树脂，有着同等的机械性能(例如Hexcel的8552和M72，后者在Cytec许可下生产)。其粘度状况和低放热特征使其可与在“半预浸”方法中树脂膜和干纤维层交错的厚铺层共同使用。

通常对预浸料的批评是其生产的难度。铺层法因在层间常需压实使得操作缓慢，这阻碍了大规模批量生产。预浸料也不大适合复杂的小半径的3D几何形状。在这方面预浸料跟SMC和BMC形成了对照，SMC和BMC因其易于制造而受到汽车工业的青睐。但SMC和BMC因其纤维短及纤维含量低而缺乏预浸料具有的高方向性机械强度。为了把SMC的制造能力和接近预浸料的性能结同1个档次的实验机中合起来，Hexcel开发了一种单向玻璃纤维和碳纤维预浸料的变体。凭借较长(但非连续的)纤维和不小于57％的纤维含量，Hex McTM在机械性能方面甚至优于强度最高的SMC，从而被推荐用于必须批量生产的刚性、几何形状复杂、重量控制严格的产品。与在碳纤维SMC中实际最大纤维束为3K或6K相比较，碳纤维变体有24K课题组在调研中了解到、48K 和60K 的纤维束。和标准的预浸料二样，产品含有脱膜纸成卷包装，并有足够的柔韧性和粘性易于堆放和播放进压缩模具中。

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