絲束鋪展是最近在復合材料行業(yè)中使用的最先進技術(shù)之一。本系列文章將討論碳纖維展絲技術(shù)背景、特點、主要展絲技術(shù)類型及其在高性能碳纖維增強聚合物 (CFRP) 復合材料中應用案例。

通過碳纖維鋪展絲（ carbon fibre spread tows， CFST）會使長纖維間隔增大，因此在加工鋪展CF單向帶時需要采取特殊措施，以防止絲束在復合加工之前變得雜亂無章。換句話說，展絲后的穩(wěn)定性是很有必要的。

為此，設(shè)計了一種穩(wěn)定裝置，通過PPS無紡布來穩(wěn)定并熱粘合CF鋪展絲來生產(chǎn)連續(xù)的UD-CFST膠帶。試驗時首先使用經(jīng)紗筒子架來形成UD板，但沒有成功，因為獲得的UD板不令人滿意，纖維絲束間隙沒有得到填充（見圖1）。

圖1?使用經(jīng)紗筒子架來形成UD板，但纖維絲束存在明顯間隙

為了解決這一問題，最大限度地降低絲束之間的間隙，設(shè)計了一個新的筒子架，如圖2所示。圖中顯示的設(shè)備包括：用于展開CF鋪絲筒子架，用于最大限度地減少絲束間距的擺動裝置，溫控加熱輥，用于監(jiān)測加熱材料的接觸和持續(xù)時間的加熱輥前后兩個導輥，熱塑性非織造布的頂部和底部進料架，以及用于收集穩(wěn)定/熱粘合/干燥預浸料的卷繞管。

圖2?使用改進后的裝置形成無明顯間隙的展絲UD帶

UD CFST可通過兩種方式用PPS進行穩(wěn)定：單鍵干預浸料和雙鍵干預浸料。作為熱塑性非織造布的替代品，使用PPS薄膜等熱塑性薄膜來穩(wěn)定CFST（見圖3），然后生產(chǎn)UD CFST/PPS薄膜和面紗（見圖4）。

圖3?使用改進裝置和薄膜穩(wěn)定來生產(chǎn)展絲UD帶

不同的層壓板由UD CFST/PPS干預浸料（圖4）、QI[0，45，90，-45，……0]s CFST/PPS和CF/PPS預固化預浸料（TenCate，HexcelAS4/PPS）制成。

圖4?最終生產(chǎn)展絲UD帶完成卷裝

相關(guān)測試結(jié)果顯示：由CFST/PPS制成的層壓板的大多數(shù)性能與由標準CF/PPS預浸料制成的層壓板的性能大致相同，但彎曲強度較低，這是因為CFST的固結(jié)過程一次完成（即從干層到固結(jié)層壓板），但是傳統(tǒng)的預浸料已經(jīng)預固化，從而得到更好的后固化層壓板。

圖5顯示了由CFST/PPS和CF/PPS制成的層壓板的光學橫截面，CFST鋪層和傳統(tǒng)鋪層之間的孔隙率差異可歸因于所用樹脂（PPS）的熔體粘度。在CFST層壓板中，使用的樹脂為面紗/纖維形式，結(jié)晶度為67%，而對于CF層壓板，PPS粉末的結(jié)晶度為30%。眾所周知，結(jié)晶度較低的樹脂能夠?qū)崿F(xiàn)更好的流動，從而降低孔隙率。

圖5?CFST/PPS（a）和CF/PPS（b）制成的層壓板的光學橫截面

為了測試所開發(fā)的CFST材料的懸垂性，制作了一個復雜的演示部件，如圖6所示。測量該蜂窩結(jié)構(gòu)的重量為20g，等效實心結(jié)構(gòu)的重量估計為186g，因此可使重量下降89%。

圖6?CFST制成的蜂窩結(jié)構(gòu)件

本文來源：碳纖維及其復合材料技術(shù)

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