衛(wèi) 江

（陜西廣播電視大學 工程管理系，陜西 西安 710119）

1 問題的提出

自動鋪帶是一種先進的復合材料加工制造技術，影響與制約鋪貼質量的主要因素有設備、成型工藝參數以及技術指標的控制等。鋪放溫度、鋪放壓力、鋪放速度等作為主要工藝參數對預浸帶鋪放的效果有著直接的影響［1，2］。本文通過實驗研究壓力對預浸料鋪放質量的影響。

2 實驗材料及設備

本實驗所用材料為北京復合材料研究院提供的150mm寬5228環(huán)氧樹脂預浸料，鋪帶機為中航工業(yè)哈飛公司引進的西班牙M－Torres公司制造的龍門移動式自動鋪帶機。自動鋪帶機可鋪貼150mm～300 mm寬度的預浸料，最大鋪貼壓力為0.8MPa，模具為鋁合金模具。

3 壓力范圍確定原理

有研究表明，鋪放壓力一般由設備決定，同時也受到模具剛度的限制，因此選擇合適的壓力范圍，使其恰好滿足鋪放要求即可［3］。

自動鋪帶機壓輥施加的壓力范圍為0.1MPa～0.8MPa，因此實驗中可通過選取壓輥壓力范圍內不同的壓力值后觀察產品的表面鋪貼質量來確定合適的鋪貼壓力。實驗中環(huán)氧樹脂預浸料鋪貼壓力分別為0.24MPa、0.4MPa、0.64MPa和0.8MPa。

5228環(huán)氧體系預浸料在達到最優(yōu)鋪貼溫度45℃時，將鋪貼速度初步定為10m／min，分別設置不同的鋪貼壓力進行鋪貼實驗。鋪貼壓力為0.64MPa時，鋪層表面沒有氣泡和褶皺，鋪貼效果如圖1（a）所示；鋪貼壓力為0.4MPa時，鋪層表面的質量良好，鋪貼效果見圖1（b）；鋪貼壓力分別為0.8MPa（左側）和0.24MPa（右側）時，鋪層表面未產生氣泡和褶皺，鋪貼效果如圖1（c）所示。鋪貼壓力實驗結果見表1。

圖1 環(huán)氧預浸料不同鋪貼壓力鋪貼效果

表1 環(huán)氧預浸料鋪貼壓力實驗結果

4 分析

對于不同品種、規(guī)格的預浸料在其合適的溫度和壓力下，膠膜保持一定的流動性，從而能夠浸透纖維或織物。在一定的鋪貼溫度下，壓力增加，膠膜所受的剪切力增大，有利于樹脂浸透纖維。從實驗結果可以看出，自動鋪放時，當在一定的鋪放溫度下，預浸料具有較佳的黏彈性，預浸料樹脂的流動性較好，在模具與預浸料之間具有良好的鋪覆性。隨著鋪放壓力的增加，預浸帶表面的氣泡逐漸減少，鋪帶間隙也逐漸減小。這是因為隨著壓力增加，預浸帶與模具貼合越緊密，不容易產生氣泡；同時壓力增加時預浸帶變形增加，因而間隙減小。但鋪放壓力也不可過大，過大的壓力容易造成纖維損傷，且鋪帶兩端擠膠情況嚴重，造成預浸料兩端的樹脂含量偏低，影響鋪帶的效果。一般來說，鋪貼壓力只需使預浸料較好地鋪貼在模具表面即可，預浸料與模具的貼合度越好，鋪貼單層厚度和帶間隙越小，氣孔率越低，有利于樹脂流動和層間的結合。但鋪貼壓力一般由設備決定，同時也受到模具剛度的限制，若鋪貼壓力過大，鋪帶機或者模具都有可能因無法承受過大的壓力而導致變形甚至破壞，且背襯紙會在巨大的壓力之下撕裂，影響自動鋪帶成型；若鋪貼壓力太小，則層間結合力較小，容易出現氣泡等缺陷，導致復合材料制品性能下降。因此選擇合適的壓力范圍，使其恰好滿足鋪貼要求是十分必要的。

5 結論

由于環(huán)氧樹脂體系預浸料的本身具有較好的黏性，在合適的鋪貼溫度和鋪貼速度下，對鋪貼壓力這一工藝參數不敏感。本次實驗中，在保持鋪貼溫度和鋪貼速度的情況下，鋪貼壓力在0.24MPa～0.8MPa都能獲得良好的鋪貼效果。根據這一實驗結果，在實際鋪貼過程中可以選擇較低的鋪貼壓力，因為較高的鋪貼壓力不僅對設備和模具剛度有一定要求，而且還可能對預浸料造成一定程度的損傷，繼而影響復合材料制品的性能，因此在設備與模具允許的范圍內可以選擇適當低的壓力，所以本實驗得到的鋪貼壓力為0.4 MPa。

［1］ 肖軍，李勇，文立偉，等.樹脂基復合材料自動鋪放技術進展［J］.中國材料進展，2009（6）：28－32.

［2］ 林勝.自動鋪帶機／鋪絲機（ATL／AFP）——現代大型飛機制造的關鍵設備（上）［J］.世界鑄造技術與裝備市場，2009（4）：84－89.

［3］ 張建寶，文立偉，肖軍，等.自動鋪帶成型壓力控制技術［J］.航空學報，2009（10）：1973－1977.