【原】一文简要了解碳纤维预浸料（二）——加工方法及铺贴成件

公众号在前文发布的文章《一文简要了解碳纤维预浸料》中已对碳纤维预浸料的基本概念、主要形式以及性能等进行了简单介绍，本文将在其基础上采取图文并茂的方式介绍碳纤维预浸料的加工方法及铺贴成件。

为什么使用碳纤维预浸料？

碳纤维预浸料具有易成型、成本低、纤维含量易控制等优点，而且碳纤维预浸料具有优异的拉伸、刚度、疲劳、耐腐蚀等性能。因此，碳纤维预浸料获得广泛应用。

在碳纤维预浸料选择上主要取决于两大因素：性能和成本。预浸料主要优点如下所示：

碳纤维预浸料是如何生产的？

碳纤维预浸料加工方法主要有树脂膜转移法（两步法）和溶剂法（一步法）。两种工艺示意图如下所示：

碳纤维预浸料如何铺贴成件？

在碳纤维预浸料铺贴成件过程中首先需要工装设计，通过设计一种简单、稳定的工装意味着在固化过程中能够对部件施加均匀压力，工装设计主要考虑因素如下：

在完成工装后须进行铺放，主要分为手工铺放、自动铺贴、自动铺丝三种不同方式。

手工铺放：适用于各种类型的、不同宽度的单向或织物碳纤维增强预浸料，该方式适用于复杂形状部件、单板和夹层板的中、小批量生产。

▲  手工铺放

自动铺贴：常用于单向预浸带的自动铺贴，也可用于其他增强材料，适用于大中小曲率的单板结构部件。

▲  自动铺贴

自动铺丝：用于单向窄带预浸料自动铺放，适用于大曲率复杂结构的制造。

▲  自动铺丝

国产高模碳纤维能否加工预浸料？

高强高模碳纤维具有极高的拉伸模量，如M55J级高模碳纤维拉伸模量高达540GPa，纤维脆性大致使预浸料加工难度增加，如张力控制不匀极易造成纤维起毛、断丝。

宁波材料所于2016年1月在国内率先实现国产M55J级高强高模碳纤维关键技术突破，随后实现了中试稳定化连续生产。为了验证国产M55J级高强高模碳纤维工艺性，采用两步法工艺分别加工得到300mm、600mm幅宽国产M55J级高强高模碳纤维预浸料。

▲ 宁波材料所国产M55J级高强高模碳纤维预浸料

经用户单位及专业机构评测，宁波材料所国产M55J高强高模碳纤维预浸料的表观质量无瑕、工艺性优良。

采用上述国产M55J级碳纤维预浸料与国外同类产品进行了对比研究，对比样以日本东丽M55J碳纤维为增强纤维，基体选用相同环氧树脂基体，在相同固化工艺、测试标准及测试条件得到复合材料性能如下：

国产M55J级高强高模碳纤维复合材料性能与国外对比

从上表中可以看出宁波材料所国产M55J级碳纤维增强环氧树脂复合材料性能与日本东丽M55J碳纤维复合材料性能相当，部分指标甚至优于国外产品。此外，宁波材料所通过纤维结构-性能的设计与调控可加工性能优异的国产M55J级碳纤维/氰酸酯树脂预浸料。

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