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连续碳纤维增强尼龙复合材料预浸丝制备与3D打印性能研究*

2021-08-20田小永张亚园刘腾飞李涤尘

航空制造技术 2021年15期
关键词:复合材料界面工艺

田小永,张亚园,刘腾飞,李涤尘

(西安交通大学,西安 710049)

连续纤维增强树脂基复合材料(Continuous fiber reinforced thermoplastic composites,CFRTPCs)由于轻质高强、抗疲劳、耐腐蚀等特点在现代航空航天等高端制造领域得到了广泛应用,并在复合材料领域占有越来越重要的地位[1–3]。对于纤维增强树脂基复合材料来说,传统的成型工艺先经过浸渍、沉积、混编[4]等方法制备纤维预浸料,再通过模压、拉挤[5]、铺放[6]等工艺完成复合材料的成型工序。这些工艺存在的最大共性问题是需要开发昂贵的专用模具,且复合材料的制备工艺过程复杂,生产周期长,所需成本高,设计灵活性差,随着航空航天等领域对复合材料的需求面越来越广,这些问题极大地限制了复合材料的大范围实际应用。复合材料3D 打印技术的发展将复合材料成型与增材制造技术相结合,既充分发挥了连续纤维的增强作用,又具有3D 打印技术无模自由成形、可设计性强等工艺特点。与热固性基体相比,热塑性基体具有更高的耐热性、更高的冲击韧性、更短的加工周期以及可回收利用等特征而备受关注[7]。但热塑性树脂熔融黏度大(>1000Pa·s),熔体流动性能差,而纤维表面光滑、表面能低,且呈化学惰性,难以与树脂产生有效的界面结合作用[8],使得挤出成形过程难以提供足够的高温高压条件来实现树脂对纤维的完全浸润,从而难以获得较强的界面结合性能。纤维与树脂基体之间的界面问题成为制约该技术获得高性能复合材料的瓶颈。

对连续纤维增强热塑性复合材料3D 打印工艺中界面性能改善的研究主要集中在工艺调控、纤维表面改性、纤维预浸渍、热压后处理等方面。T……

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