衛(wèi) 江

（陜西廣播電視大學(xué) 工程管理系，陜西 西安 710119）

1 問題的提出

自動(dòng)鋪帶是一種先進(jìn)的復(fù)合材料加工制造技術(shù)，影響與制約鋪貼質(zhì)量的主要因素有設(shè)備、成型工藝參數(shù)以及技術(shù)指標(biāo)的控制等。鋪放溫度、鋪放壓力、鋪放速度等作為主要工藝參數(shù)對(duì)預(yù)浸帶鋪放的效果有著直接的影響［1，2］。本文通過實(shí)驗(yàn)研究壓力對(duì)預(yù)浸料鋪放質(zhì)量的影響。

2 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)所用材料為北京復(fù)合材料研究院提供的150mm寬5228環(huán)氧樹脂預(yù)浸料，鋪帶機(jī)為中航工業(yè)哈飛公司引進(jìn)的西班牙M－Torres公司制造的龍門移動(dòng)式自動(dòng)鋪帶機(jī)。自動(dòng)鋪帶機(jī)可鋪貼150mm～300 mm寬度的預(yù)浸料，最大鋪貼壓力為0.8MPa，模具為鋁合金模具。

3 壓力范圍確定原理

有研究表明，鋪放壓力一般由設(shè)備決定，同時(shí)也受到模具剛度的限制，因此選擇合適的壓力范圍，使其恰好滿足鋪放要求即可［3］。

自動(dòng)鋪帶機(jī)壓輥施加的壓力范圍為0.1MPa～0.8MPa，因此實(shí)驗(yàn)中可通過選取壓輥壓力范圍內(nèi)不同的壓力值后觀察產(chǎn)品的表面鋪貼質(zhì)量來確定合適的鋪貼壓力。實(shí)驗(yàn)中環(huán)氧樹脂預(yù)浸料鋪貼壓力分別為0.24MPa、0.4MPa、0.64MPa和0.8MPa。

5228環(huán)氧體系預(yù)浸料在達(dá)到最優(yōu)鋪貼溫度45℃時(shí)，將鋪貼速度初步定為10m／min，分別設(shè)置不同的鋪貼壓力進(jìn)行鋪貼實(shí)驗(yàn)。鋪貼壓力為0.64MPa時(shí)，鋪層表面沒有氣泡和褶皺，鋪貼效果如圖1（a）所示；鋪貼壓力為0.4MPa時(shí)，鋪層表面的質(zhì)量良好，鋪貼效果見圖1（b）；鋪貼壓力分別為0.8MPa（左側(cè)）和0.24MPa（右側(cè)）時(shí)，鋪層表面未產(chǎn)生氣泡和褶皺，鋪貼效果如圖1（c）所示。鋪貼壓力實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

圖1 環(huán)氧預(yù)浸料不同鋪貼壓力鋪貼效果

表1 環(huán)氧預(yù)浸料鋪貼壓力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4 分析

對(duì)于不同品種、規(guī)格的預(yù)浸料在其合適的溫度和壓力下，膠膜保持一定的流動(dòng)性，從而能夠浸透纖維或織物。在一定的鋪貼溫度下，壓力增加，膠膜所受的剪切力增大，有利于樹脂浸透纖維。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，自動(dòng)鋪放時(shí)，當(dāng)在一定的鋪放溫度下，預(yù)浸料具有較佳的黏彈性，預(yù)浸料樹脂的流動(dòng)性較好，在模具與預(yù)浸料之間具有良好的鋪覆性。隨著鋪放壓力的增加，預(yù)浸帶表面的氣泡逐漸減少，鋪帶間隙也逐漸減小。這是因?yàn)殡S著壓力增加，預(yù)浸帶與模具貼合越緊密，不容易產(chǎn)生氣泡；同時(shí)壓力增加時(shí)預(yù)浸帶變形增加，因而間隙減小。但鋪放壓力也不可過大，過大的壓力容易造成纖維損傷，且鋪帶兩端擠膠情況嚴(yán)重，造成預(yù)浸料兩端的樹脂含量偏低，影響鋪帶的效果。一般來說，鋪貼壓力只需使預(yù)浸料較好地鋪貼在模具表面即可，預(yù)浸料與模具的貼合度越好，鋪貼單層厚度和帶間隙越小，氣孔率越低，有利于樹脂流動(dòng)和層間的結(jié)合。但鋪貼壓力一般由設(shè)備決定，同時(shí)也受到模具剛度的限制，若鋪貼壓力過大，鋪帶機(jī)或者模具都有可能因無法承受過大的壓力而導(dǎo)致變形甚至破壞，且背襯紙會(huì)在巨大的壓力之下撕裂，影響自動(dòng)鋪帶成型；若鋪貼壓力太小，則層間結(jié)合力較小，容易出現(xiàn)氣泡等缺陷，導(dǎo)致復(fù)合材料制品性能下降。因此選擇合適的壓力范圍，使其恰好滿足鋪貼要求是十分必要的。

5 結(jié)論

由于環(huán)氧樹脂體系預(yù)浸料的本身具有較好的黏性，在合適的鋪貼溫度和鋪貼速度下，對(duì)鋪貼壓力這一工藝參數(shù)不敏感。本次實(shí)驗(yàn)中，在保持鋪貼溫度和鋪貼速度的情況下，鋪貼壓力在0.24MPa～0.8MPa都能獲得良好的鋪貼效果。根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在實(shí)際鋪貼過程中可以選擇較低的鋪貼壓力，因?yàn)檩^高的鋪貼壓力不僅對(duì)設(shè)備和模具剛度有一定要求，而且還可能對(duì)預(yù)浸料造成一定程度的損傷，繼而影響復(fù)合材料制品的性能，因此在設(shè)備與模具允許的范圍內(nèi)可以選擇適當(dāng)?shù)偷膲毫?，所以本?shí)驗(yàn)得到的鋪貼壓力為0.4 MPa。

［1］ 肖軍，李勇，文立偉，等.樹脂基復(fù)合材料自動(dòng)鋪放技術(shù)進(jìn)展［J］.中國材料進(jìn)展，2009（6）：28－32.

［2］ 林勝.自動(dòng)鋪帶機(jī)／鋪絲機(jī)（ATL／AFP）——現(xiàn)代大型飛機(jī)制造的關(guān)鍵設(shè)備（上）［J］.世界鑄造技術(shù)與裝備市場，2009（4）：84－89.

［3］ 張建寶，文立偉，肖軍，等.自動(dòng)鋪帶成型壓力控制技術(shù)［J］.航空學(xué)報(bào)，2009（10）：1973－1977.