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碳纤维复合材料制造过程中的常见缺陷

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碳纤维复合材料制造过程中的常见缺陷

发布日期:2023-04-11 作者: 点击:

  碳纤维复合材料制造过程中的常见缺陷
  如果碳纤维复合材料的成型工艺控制不好,往往会出现很多缺陷。这些缺陷往往会成为复合材料服役过程中产品的薄弱环节,进而导致整个构件的失效;而且各种缺陷的随机分布也是复合材料产品质量不稳定的主要原因。碳纤维产品生产缺陷的原因是交叉的、复杂的。碳纤维复合材料制造过程中常见的缺陷及主要原因有哪些?我们来看看:
  1)气孔是碳纤维复合材料中常见的缺陷。一般可分为沿单根纤维的孔隙(包括纤维束中的孔隙)和层板间的孔隙。多孔性通常是由以下三个原因造成的:①树脂与纤维的润湿性差,在预浸料的制备或铺设过程中,与人在一起的空气没有排出;(2)用于稀释树脂的溶剂,加工过程中树脂中低分子成分的挥发,或某些树脂体系在固化反应时放出气体;(3)成型工艺不当,如压力过小或加压时间过晚,会造成气泡排不出去,形成孔洞。孔隙会显著降低复合材料的强度和模量、抗疲劳性和高收缩率。
  2)脱粘是指碳纤维制品中纤维与树脂的分离,这种分离是由于树脂基体与纤维之间的结合较弱造成的。产生脱粘缺陷的原因有:①碳纤维对树脂的吸附性差;②树脂对碳纤维的润湿性差;③碳纤维表面被污染或纤维表面处理效果不理想。
  3)脱层是指碳纤维复合材料层间分离的现象。一般由于使用的预浸料超过使用寿命,树脂固化后预浸料粘度下降,层间粘合不牢;还有可能是零件设计不合理,不同厚度方向产生的应力过大,导致脱层。对于大型绕组构件,如果相邻绕组层之间的间隔太长,也可能导致分层,尤其是当树脂的固化温度受到限制时。干燥和脱层是复合材料中的严重缺陷,对复合材料的许多性能有很大影响。

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  4)杂质是复合材料中无意混入的夹杂物、粗粉尘等一类异物。各种成型方式都可能出现夹杂物,主要原因有:①树脂中有小凝块;②填充物中存在夹杂物;(3)在盘式干燥或铺装期间,预浸料中出现夹杂物。复合材料受载时,会在夹杂处产生应力集中或裂纹源,影响复合材料的力学性能。这种杂质的存在也严重影响了复合材料的电性能,增加了复合材料的分散性。
  5)树脂偏差主要是指由于固化工艺控制不当而出现的树脂富、树脂差或树脂分布不均匀的现象。树脂的偏差一般是由于部件设计不合理或压力分布不均匀造成的。复合材料的不同性能分别由纤维或树脂控制。如果树脂偏差过大,会造成复合材料构件不同区域性能的不平衡,对复合材料的性能产生非常明显的影响。
  6)纤维偏差不仅有与树脂偏差相对应的含义,还指由于铺层工艺和固化工艺不当,纤维未按设计要求排列的现象,如铺层角度偏差、纤维翘曲等。这种随机的“偏差”现象会直接引起复合材料性能的波动。
  7)其他缺陷,如疏松、针孔、固化不均匀、树脂与纤维界面不良等,也是复合材料的常见缺陷,对复合材料的性能有很大的影响,所以在复合材料的工艺质量的大部分控制中也须考虑。
  从以上分析可以看出,控制碳纤维复合材料的成型工艺质量,可以有效减少缺陷,提高碳纤维复合材料的质量稳定性。

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