碳纤维预浸料

预浸料 预浸料是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续纤维或织物，制成树脂基体与增强体的组合物，是制造复合材料的中间材料。对于复合材料设计师来说，预浸料是具有一定力学性能的结构单元，可用以进行结构设计；对于复合材料工艺工程师来说，预浸料是制造结构的原料，可以直接用以制造各种复合材料构件。预浸料的一些性能基本上原封不动的带到了复合材料及其构件中，是复合材料性能的基础，复合材料成型时的工艺性能和力学性能取决于预浸料的性能。通常对预浸料的主要要求如下：1.树脂基体和增强体的匹配性好。增强体表面经过处理后和树脂基体具有良好的相容性，以使得复合材料有优良的层间强度。这和增强体的上浆剂有很大关系。2.具有适当的粘性和铺敷性。预浸料的粘性是指在一定温度下自身互相粘贴的能力，同一片预浸料，温度低可能失去粘性，温度高又有粘性，温度相差大约5，粘性就会有明显变化，因此粘性试验温度一般确定为2025，同时湿度定为40%70%。粘性失去时间不长的预浸料，稍许提高温度，粘性得以改善，只要能实现部件的铺贴工艺，试验表明对其力学性能没有太大影响。粘性不宜太大，以便于铺层有误时可以分开重新进行铺贴而预浸料又不至于被损坏；粘性也不能太小，以使得在工作温度下两块预浸料能粘贴在一起不至于分开。遗憾的是，粘性的评价还没有找到一个非常适宜的方法，“感觉”很重要。所谓铺敷性是指预浸料铺层时，使适合于复杂形状模具铺层的能力。就预浸料而言，铺敷法比粘性的要求更高，失去粘性的预浸料铺敷性肯定不合格。3.树脂含量偏差应尽可能低。至少控制在3%以内，以保证复合材料纤维体积含量和力学性能的稳定性。4.挥发分含量尽可能小。一般在2%以下，以降低复合材料中的孔隙含量，提高复合材料的力学性能。主要承力构件预浸料的挥发分含量要求控制在0.8%以下。5.具有较长的贮存寿命。通常要求室温下的粘性贮存期大于1个月，-18下大于12个月，以满足复合材料铺贴工艺和力学性能要求。6.固化成型时有较宽的加压带，即在较宽的温度范围内加压，都可以得到满意的复合材料构件而对性能无明显影响。7.有适当的流动度。流动度表示预浸料在一定温度和压力下成型过程中树脂流动或迁移的能力，它与树脂的粘度和预浸料中树脂含量有关系。预浸料中树脂含量越高，粘度越小，树脂流动度越大。层压件的流动度可以大一些，以便于树脂均匀分布并浸透增强材料；夹层结构流动度应比较小，以使得面板和芯材能牢固的结合在一起。预浸料的原材料包括增强体和基体，主要的辅助材料是离型纸和压花聚乙烯薄膜。预浸料用增强体主要是碳纤维、芳纶、玻璃纤维以及它们的织物。预浸料用树脂基体包括热固性树脂和热塑性树脂两大类。增强体和结构复合材料常用树脂基体见图1.1和1.2。 对树脂基体的要求。不同预浸料的制备方法，树脂应该具有不同的性能。溶液浸渍法树脂基体应该能溶解于常用低沸点溶剂中，如丙酮、丁酮等；直接热熔法树脂基体的熔融温度要低且熔融后应具有较低的粘度。此外，作为预浸料用树脂基体，还应该考虑下表所示的性能：预浸料挥发分含量和树脂流动性均影响到复合材料的孔隙含量。挥发分含量高，成型复合材料难免残留部分小分子物质；树脂熔融粘度大、流动性差，不利于对纤维的浸润，成型复合材料的拐角处往往有贫树脂现象，这些都会造成复合材料孔隙增大，严重降低复合材料的力学性能。希望树脂的固化温度低、固化时间短。但一般的规律是固化温度随树脂基体耐热性能的提高而增加，固化时间随固化温度的提高而缩短。目前，180左右的固化温度还是可以接受的。预浸料的质量控制 为控制预浸料的质量，首先要按规范验收纤维、树脂、固化剂、溶剂、离型纸等各种原材料和辅助材料。质量控制的关键是树脂成膜性、树脂与纤维结合状态等。树脂是一种对温度、湿度、时空、介质都很敏感的材料。因此在上述几道工序中监视树脂的物理和化学变化是很重要的，通常需