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针对连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料3D打印成型工艺的技术难题，本文提出了浸渍-原位预固化-后固化的3D打印成型方案，实现了连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料的3D打印成型，并研究浸渍温度对酚醛树脂接触角与表面张力，以及打印工艺对样件形貌和力学性能的影响规律。结果表明：当浸渍温度为40℃,预固化温度为180℃时，纤维-树脂界面结合效果最佳，原料具备成型条件；当打印间距为0.5 mm时，样件的弯曲强度及模量达到最大值，分别为660.00 MPa和57.99 GPa,层间剪切强度达到20.14 MPa。此连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料一体化制备工艺解决了3D打印热固性树脂原位成型难的问...

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3D打印 打印参数 复合材料 力学性能 连续碳纤维 热固性酚醛树脂

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综述分析了连续纤维增强热固性复合材料3D打印研究的发展现状与技术瓶颈,并基于前期试验基础,提出了两步式3D打印解决方案,包括"纤维预浸及打印成型"与"预成型体热后固化"。3D打印制备了连续碳纤维(CCF)增强热固性环氧树脂(EP)复合材料样件,并通过力学测试发现,其拉伸强度及模量分别达到(1257±71)MPa和(96±11)GPa;弯曲强度及模量分别达到(965±80)MPa和(75±7)GPa;层间剪切强度达到(92±3)MPa。详细讨论了3D打印CCF/EP样件的纤维–树脂界面、分布以及孔隙缺陷。此外,还展示了多种连续纤维增强的3D打印复杂结构件,以验证其工艺可行性。最后,基于高导电性3...

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3D打印 电热除冰 复合材料 力学性能 连续碳纤维 热固性环氧树脂

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综述分析了连续纤维增强热固性复合材料3D打印研究的发展现状与技术瓶颈,并基于前期试验基础,提出了两步式3D打印解决方案,包括"纤维预浸及打印成型"与"预成型体热后固化".3D打印制备了连续碳纤维(CCF)增强热固性环氧树脂(EP)复合材料样件,并通过力学测试发现,其拉伸强度及模量分别达到(1257±71)MPa和(96±11)GPa;弯曲强度及模量分别达到(965±80)MPa和(75±7)GPa;层间剪切强度达到(92±3)MPa.详细讨论了3D打印CCF/EP样件的纤维–树脂界面、分布以及孔隙缺陷.此外,还展示了多种连续纤维增强的3D打印复杂结构件,以验证其工艺可行性.最后,基于高导电性3D打印CCF/EP栅格,提出了其在电热除冰领域的应用尝试,并进行了人工模拟除冰试验探索.这些结果为通过3D打印数字化制造高性能热固性复合材料铺平了道路,并证明了其在先进工业应用中的巨大潜力.

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针对热塑性复合材料自动铺放时高效加热需求,研究了采用碳纤维PEEK预浸丝束自电阻特性进行高效加热的方法。通过对自电阻加热对流和辐射散热数学关系分析,以及ABAQUS电热仿真模拟,获得了热塑性PEEK复合材料自电阻加热基本规律。利用设计的双压辊电极自电阻加热铺放试验装置,研究了PEEK复合材料的自电阻特性和自电阻加热铺放效果。研究结果表明,采用自电阻加热方式铺放成型的复合材料,其层间剪切强度随加热电功率的增大先增大后减小,当电参数为直流电压30V、电流3.3A左右时达到最大值35.6MPa;随铺放压辊压力的增大也是先增大后减小,当压辊压力为322N左右时达到最大值29.5MPa。另外,预浸丝束的结晶度随温度的升高而下降,压辊压力对结晶度的影响不明显。

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层间强度 复合材料 结晶度 聚醚醚酮 自电阻加热

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对连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTPCs)进行3D打印能够实现无模具快速制造,扩展增材制造的实际应用。为进一步提高3D打印连续碳纤维增强复合材料制件的性能,采用热塑性上浆剂对干碳纤维进行上浆处理,以尼龙6(PA6)为基体打印连续碳纤维增强复合材料,对比了上浆前后碳纤维表面性质及复合材料力学和界面性能。结果表明,上浆后碳纤维表面极性官能团增加,纤维与树脂浸润性改善;纤维表面粗糙度增加,纤维与树脂的机械结合力增强;上浆后碳纤维增强PA6复合材料较原始碳纤维增强PA6复合材料层间剪切强度提高42.2%,层间结合增强,弯曲强度提高了82%,弯曲模量提高2.46倍;3D打印的上浆后碳纤维增强PA6复合材料试样断面上有明显纤维拔出现象,界面性能显著改善。

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3D打印 复合材料 界面 力学性能 尼龙6基体 上浆 碳纤维

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针对热塑性复合材料自动铺放时高效加热需求,研究了采用碳纤维PEEK预浸丝束自电阻特性进行高效加热的方法。通过对自电阻加热对流和辐射散热数学关系分析,以及ABAQUS电热仿真模拟,获得了热塑性PEEK复合材料自电阻加热基本规律。利用设计的双压辊电极自电阻加热铺放试验装置,研究了PEEK复合材料的自电阻特性和自电阻加热铺放效果。研究结果表明,采用自电阻加热方式铺放成型的复合材料,其层间剪切强度随加热电功率的增大先增大后减小,当电参数为直流电压30V、电流3.3A左右时达到最大值35.6MPa;随铺放压辊压力的增大也是先增大后减小,当压辊压力为322N左右时达到最大值29.5MPa。另外,预浸丝束的...

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层间强度 复合材料 结晶度 聚醚醚酮 自电阻加热

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3D打印技术是一种逐层成形的增材制造技术, 而纤维增强树脂基复合材料是一种力学性能优异的先进结构材料, 结合3D打印的工艺先进性和纤维的材料性能优势, 提出新型的纤维增强树脂基复合材料3D打印工艺, 为进一步促进两者共同发展与应用提供了可能.综述并分析了纤维增强树脂基复合材料3D打印技术的研究现状与瓶颈, 提出了一种连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印工艺, 将3D打印丝材制备、3D打印预成型体、3D打印预成型体固化分隔成3个独立的模块, 并根据不同模块设计搭建了不同的试验平台及设备, 成功制备得到了连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印构件, 还测试得出其 (纤维含量为52％) 拉伸强度及拉伸模量分别达到1325.14MPa和100.28GPa;弯曲强度及弯曲模量分别为1078.03MPa和80.01GPa;层间剪切强度为58.89MPa.大幅提高了纤维增强树脂基复合材料3D打印成型构件的力学性能.

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3D打印 力学性能 纤维增强 热固性复合材料 热塑性复合材料

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3D打印技术是一种逐层成形的增材制造技术,而纤维增强树脂基复合材料是一种力学性能优异的先进结构材料,结合3D打印的工艺先进性和纤维的材料性能优势,提出新型的纤维增强树脂基复合材料3D打印工艺,为进一步促进两者共同发展与应用提供了可能。综述并分析了纤维增强树脂基复合材料3D打印技术的研究现状与瓶颈,提出了一种连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印工艺,将3D打印丝材制备、3D打印预成型体、3D打印预成型体固化分隔成3个独立的模块,并根据不同模块设计搭建了不同的试验平台及设备,成功制备得到了连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印构件,还测试得出其(纤维含量为52%)拉伸强度及拉伸模量分别达到1325.14MPa和100.28GPa;弯曲强度及弯曲模量分别为1078.03MPa和80.01GPa;层间剪切强度为58.89MPa。大幅提高了纤维增强树脂基复合材料3D打印成型构件的力学性能。

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3D打印 力学性能 纤维增强 热固性复合材料 热塑性复合材料

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热塑性复合材料作为下一代“绿色”复合材料大有取代热固性复合材料的趋势，随着PEEK复合材料运用的兴起，其自动化铺放设备以其高效性引起了国内外不同单位、科研机构的关注和研发。本文围绕CF/PEEK复合材料自动铺放中激光加热和直流电加热两种加热方式对铺层性能的影响展开研究，为研发自动化设备奠定基础。 论文详细分析了热塑性复合材料自动铺放的工艺流程，对每个功能模块进行机构设计与实验验证。0.08mm厚度的PEEK预浸带以最小的折弯半径1.35mm、最大的扭转角160°/100mm及0.4N的最小展平力的铺放特性最适合作为铺放原材料；选用盘式料卷安装形式，以快拆销结构实现快速更换料卷，给出被动驱动磁粉制动器扭矩的输出规律；利用摩擦原理设计的多轮式张力控制机构，使张力降幅超过70%，并维持在1.5±0.3N，满足张力需求。分析夹持力和重送力的作用来源，选用多种材料进行对比实验，采用橡胶方形夹持头和生铁垫板可使得正压力为40N时，夹持力在10N以上，采用聚氨酯压轮和红色硅胶轴，在0.2MPa的压力下达到15N以上的重送力，满足铺放要求；采用斩断式剪切方式，改进刀具安装结构使最大集中应力降低15%；设计耐高温压辊和压紧机构并测试了其压紧力，给出精确的压紧力修正公式。 探究激光加热参数对铺层粘合效果、层间剪切强度、树脂分解和结晶度的影响。建立激光加热的三维热传递数学模型，利用ABAQUS热力学模块模拟激光扫描加热，得到不同激光参数下温度场的分布和节点温度。选择1000W锐科多模连续半导体激光器作为加热源，制定激光的控制方式，设计了可调节的激光安装机构及预浸带冷却机构。定义了激光能速比，当激光功率为100W，速度为20mm/s，即能速比为2.5e8W•s/m3时，层间粘合效果最好，样件层间剪切强度达到最大41.16MPa；借助光学显微镜和拉曼光谱分析PEEK树脂的分解过程；经过激光加热后，预浸带的结晶度由15%下降至11%-13%。 探究直流电加热参数对铺层粘合效果、层间剪切强度和结晶度的影响。建立电加热对流和辐射散热的数学模型，利用ABAQUS热电耦合模块模拟电加热，得到不同的X方向电阻值、电流、电压参数下的预浸带的温度场分布及节点温度。设计了双压辊电极电加热实验装置，给出电加热导电与绝缘的处理方式。实验探究了PEEK预浸带的电阻特性和电加热的特点。通过电加热实验，得到电参数30V，8A，通电时间40s层间粘合效果最好，成型样件的层间剪切强度随电功率的增大先增大后减小，当电功率为100W左右时达到最大为35.6MPa，随压力的增大也是先增大后减小，当气压为0.4MPa时达到最大为29.5MPa。预浸带的结晶度随加热温度的升高而下降，同样温度下，结晶度与压紧气缸的压力几乎没有关系。

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PEEK复合材料自动铺放 机构设计 激光加热 铺层性能 直流电加热

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自动铺放技术以其高效率、高精度以及铺放灵活性好等优势，正在获得越来越广泛的应用。干纤维自动铺放技术作为自动铺放技术的发展，其集合了自动铺放技术与液体成型技术的优点，具有低成本、高效率、能够适应大曲率、制造复杂型面构件的特点，成为国外当前复合材料自动化成型技术的研究热点。本文研究了一种基于厚树脂膜定型的干纤维自动铺放工艺，该工艺将树脂膜作为定型剂贴合在干纤维表面来代替自动铺放中常用的预浸带进行铺放。其制带工艺简单，同时兼备了干纤维铺放的特点，具有成本低、高效灵活的特点。本文围绕该工艺对干纤维自动铺放工艺整体流程进行了基础性的探索和研究。论文具体研究内容如下： 结合液体成型技术的特点，选择中航复合材料有限责任公司研制的RFI专用5228A环氧树脂膜作为定型剂。分析了厚树脂膜定型剂贴合平台功能模块以及碳纤维丝束与树脂膜贴合系统的功能要求，进行了碳纤维和树脂膜贴合平台的搭建并完成了各机构的设计，主要包括料卷送料机构、加热机构、贴合机构、收料机构等。 研究了贴合工艺参数对贴合质量的影响。从碳纤维丝束宽度一致性、剥离后树脂膜表面平整性、树脂膜压入深度三个方面对贴合质量进行研究。通过研究张力、导向轮高度差对丝束宽度的影响，保证了贴合过程碳纤维丝束宽度与树脂膜分切宽度误差范围在 0.2mm~ 0.05mm之间。通过研究贴合工艺参数对剥离后树脂膜表面平整性的影响，获得了贴合紧密的干纤维丝束，其离型纸剥离后树脂膜表面平整无褶皱。通过研究树脂膜压入深度发现：贴合压紧力达到100N时，树脂膜层无明显边界，同时，温度的增加进一步加剧了树脂膜层与碳纤维层边界模糊程度。最终确定贴合过程工艺参数为：贴合压紧力100N~120N，张力1N~5N，贴合温度25℃~55℃。 分析了干纤维自动铺放过程中铺放质量的影响因素，并确定从干纤维丝束宽度、丝束转弯半径、预成型体的致密性开展研究。研究了铺放温度、压辊压紧力对丝束宽度变形的影响，保证了铺放过程丝束宽度在7.26mm以下，满足搭接要求。同时，铺层层数超过16层时，应采用小压紧力使丝束宽度满足要求。干纤维丝束最小转弯半径为400mm。压辊压紧力为200N~400N时，预成型体具有较好的渗透性，后续树脂渗透较为均匀。最终确定铺放过程工艺参数为：铺放温度20℃~28℃，压辊压紧力200N~400N，张力3N~6N。 对干纤维铺放固化样件铺层性能进行了研究。通过对树脂膜树脂性能的研究，确定了固化工艺的浸渍阶段工艺参数为温度125℃，时间90min；固化阶段工艺参数为温度190℃，时间90min。根据固化工艺要求，完成了固化实验平台的搭建：使用真空泵构建真空环境，使用铸铝加热板以及温控装置构建温度环境。对固化后干纤维样件的性能进行了测试，并与传统热压罐固化样件进行了对比：纤维体积分数方面，两者差别不大，均在60%~65%之间；孔隙率方面，干纤维样件具有更低的孔隙率；力学性能方面，两者层间剪切强度相差不大，干纤维样件弯曲强度达到传统热压罐样件的86.8%。通过以上对比，验证了在低成本真空袋固化工艺下，干纤维样件具有良好的性能，进一步表明了该低成本干纤维自动铺放工艺的可行性。

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干纤维自动铺放 固化工艺 厚树脂膜贴合工艺 力学性能 铺放工艺

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