宣維棟，朱忠裕

(常州天馬集團有限公司，常州213127)

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環(huán)保性中空導流夾芯縫編纖維復合增強材料生產(chǎn)工藝初探

宣維棟，朱忠裕

(常州天馬集團有限公司，常州213127)

摘 要：通過對中空導流夾芯縫編纖維復合增強材料生產(chǎn)工藝中夾芯層生產(chǎn)工藝、浸潤劑配方、縫編復合工藝、導流性能測試等方面的研究，提供了適用于閉模成型工藝用的新型縫編纖維復合增強材料生產(chǎn)工藝，并提出了進一步改進的方向。研究結(jié)果表明，夾芯材料主動放卷及同步技術(shù)的應用可以進一步減少夾芯材料變形，但目前對于夾芯材料卷與卷之間的銜接采用的搭接工藝，會造成一定的浪費。

關(guān)鍵詞：夾芯材料；浸潤劑；縫編復合工藝；導流性能

0前言

纖維增強材料是一種新型復合材料，具有輕質(zhì)高強、耐腐蝕、保溫、絕緣、隔音、防水等優(yōu)良性能[1-3]。傳統(tǒng)的纖維增強復合材料(紗、布、氈等)往往是單層運用在開模成型手糊工藝中，生產(chǎn)效率低、成本高、環(huán)境污染嚴重、對人體傷害大、制品性能差，樹脂和纖維結(jié)合效果差，易產(chǎn)生氣泡、干斑等多種缺陷，嚴重影響制品的力學性能[4-6]。

隨著社會對節(jié)能降耗、提高工效、環(huán)境友好等方面的高要求，不斷促進了樹脂基復合材料的成型工藝的發(fā)展，特別是近年來高速發(fā)展的樹脂傳遞模塑工藝(RTM)[7-8]、真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移模塑工藝(VARTM)[9-10]、樹脂浸漬模塑成型工藝(SCRIMP)[11-12]等閉模成型工藝，同時對纖維增強材料提出了更高的要求，其中最重要的是樹脂在充模過程中的流速和流道的影響，要盡量采用滲透率高、對樹脂浸潤性好的織物。

本課題產(chǎn)品是研究和開發(fā)新一代用于閉模成型工藝要求的環(huán)保性中空導流縫編纖維增強復合材料，將一次性取代傳統(tǒng)開模工藝中的單層材料，減少了有機溶劑的揮發(fā)，節(jié)省了樹脂的用量，主要應用在風力發(fā)電葉片、機艙罩、導流罩、游艇船舶、軌道交通、汽車、飛機制造等領(lǐng)域。

1實驗部分

1.1夾芯材料的制備

聚丙烯纖維，進行兩次開松操作，經(jīng)過梳理后，鋪成網(wǎng)，當鋪網(wǎng)達到一定厚度后，經(jīng)過兩道針刺工序，變成無紡氈，然后通過一定比例的牽伸達到所要求的單重，再通過熱定型處理，可制成所需的夾芯材料。

在此工序中，原材料的選型相當重要，我們通過不同原材料的對比試驗，最終確定了原材料的參數(shù)。典型原材料試驗結(jié)果如表1所示。

表1　原材料性能測試結(jié)果

針對卷取數(shù)的試驗結(jié)果表明，只有在卷取數(shù)8±1這個范圍內(nèi)的纖維，才具有較好的成氈性能。

因此最終確定原材料的參數(shù)指標號數(shù)：65±5，長度75±1 mm，卷取數(shù)8±1的PP纖維。

1.2浸潤劑配方研究

浸潤劑是在玻璃纖維生產(chǎn)過程中涂附于玻璃纖維表面的材料。它決定了玻璃纖維的用途和性能。它是有機材料與無機材料結(jié)合在一起涂附于玻纖表面的材料。利用它的化學作用可改變玻璃纖維性能。由于本項目材料的特殊性，需要開發(fā)一種與熱固性樹脂和熱塑性樹脂均能偶聯(lián)結(jié)合的浸潤劑技術(shù)，保持導流層與樹脂的高效結(jié)合，形成一定的空腔結(jié)構(gòu)，提高強度。運用浸潤劑生產(chǎn)出符合要求的玻璃纖維無捻粗紗和玻璃纖維短切纖維，將纖維鋪層后，可生產(chǎn)出多層夾芯纖維增強材料。

我們主要通過改性聚酯乳液和環(huán)氧乳液，選擇合適的偶聯(lián)劑，通過不同的配方組織試驗來達到上述要求。

1.3經(jīng)編復合工藝研究

本產(chǎn)品采用0°無捻粗紗、90°無捻粗紗、導流層夾芯材料以及無定向分布的短切纖維層經(jīng)經(jīng)編機縫合而成。

聚酯纖維縫合線經(jīng)高速整經(jīng)機整經(jīng)，形成經(jīng)軸備用。玻璃纖維無捻粗紗按照一定的規(guī)則從經(jīng)紗架上引出，經(jīng)導紗結(jié)構(gòu)、電子變頻送經(jīng)機構(gòu)、導紗針至縫合區(qū)。無捻粗紗經(jīng)鋪緯機構(gòu)、平行移動機構(gòu)、鏈條運輸機構(gòu)，將緯紗運輸至縫合區(qū)。合股無捻粗紗經(jīng)短切后，在網(wǎng)帶上形成無定向分布纖維層，經(jīng)網(wǎng)帶運輸至縫合區(qū)。導流層夾芯材料放卷至網(wǎng)帶上，連同短切纖維層輸送至縫合區(qū)。將經(jīng)軸上的聚酯纖維縫合線穿在梳櫛上，經(jīng)變頻自動送經(jīng)機構(gòu)喂入，花盤帶動梳節(jié)上下左右運動，槽針、針芯以及相關(guān)的縫合機構(gòu)相互配合將聚酯纖維縫合線穿過上述鋪好的材料，形成相互糾結(jié)的線圈結(jié)構(gòu)，將材料縫合在一起，并控制一定的厚度。

圖1為縫編機構(gòu)的示意圖。

由于導流層夾芯材料是中空結(jié)構(gòu)，當在縫合區(qū)域受到過大擠壓變形時，會導致孔隙率減小和出現(xiàn)厚薄不勻，將會嚴重影響導流效果。因此需要對縫合進行適當?shù)恼{(diào)整，減少夾芯材料的變形。同時縫合線的張力控制也是一個關(guān)鍵控制點，要能在確?？p合效果的情況下，盡量減少制品的變形，最大可能保留夾芯產(chǎn)生大孔隙率。

1.4導流性能測試

模擬真空導流制作了導流性能試驗方法，其原理是：將樣品裁成長20 cm×5 cm的長條，放在平臺上，并用密封膜密封，插入導流管，如圖2為真空輔助模壓成型工藝簡圖，表2為不飽和聚酯樹脂的配方。多層夾芯纖維增強材料左右兩側(cè)分別是樹脂注入口1、導氣孔9，其中樹脂注入口與裝有樹脂的小膠桶相連，導氣孔與真空泵相連。鋼化玻璃4作為剛性模具；3是多層新材料縫編復合氈；5、6、7為上層柔性袋模具；8為脫脂膜。

表2　不飽和聚酯樹脂基本配方

導流性能測試的目的，主要是為產(chǎn)品性能改進提供依據(jù)。

2結(jié)果

表3是對不同增強材料與成型工藝的復合材料的力學性能進行對比。

表3不同增強材料與成型工藝生產(chǎn)的復合材料性能比較

從表3比較結(jié)果看，該產(chǎn)品的性能優(yōu)于常規(guī)導流工藝生產(chǎn)的制品，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，無不安全因素，在實際生產(chǎn)中產(chǎn)品的成品率大于98%。

3結(jié)論

通過上述生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的中空導流夾芯縫編纖維增強復合材料，可以滿足目前市場上絕大部分真空導流生產(chǎn)工藝的需求，但在使用過程中也常出現(xiàn)一定的問題需要進一步的改進。

(1) 低克重導流夾芯材料的生產(chǎn)工藝，目前普通使用的是180 g/m2，研究低克重夾芯材料是為了進一步提升玻璃鋼制品的強度。

(2) 夾芯材料主動放卷及同步技術(shù)，進一步減少夾芯材料變形，提高導流效果。

(3) 夾芯材料卷與卷之間的銜接，目前采用的搭接工藝，造成一定的浪費。

參考文獻

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Manufacturing Process of Stitched Fiber Reinforcement with Flow Media

Xuan Weidong，Zhu Zhongyu

(Changzhou Tianma Group Co.Ltd.，Changzhou 213127)

Abstract:Based on the research of the process technologies for manufacturing stitched fiber reinforcement containing a porous flow media core，such as the core manufacturing method，the fiber size formulation，the stitching technique and the flow media performance testing，this paper provides an approach for producing a new type of stitched fiber reinforcement suitable for closed molding，as well as suggests the direction for its further improvement.The research has shown that the active unrolling and synchronizing running of the core material can reduce its deformation, but the currently used lap jointing of core material rolls may cause some waste.

Key words:sandwich；sizing agent；stitching process；flow media performance

中圖分類號：TQ171.77+6

文獻標識碼：A

收稿日期：2016-02-18

作者簡介：宣維棟，女，1968年生，高級工程師。主要從事復合材料方面的研究。

修回日期：2016-05-21