環保性中空導流夾芯縫編纖維復合增強材料生產工藝初探

宣維棟，朱忠裕

(常州天馬集團有限公司，常州213127)

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環保性中空導流夾芯縫編纖維復合增強材料生產工藝初探

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工藝中夾芯層生產工藝、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工藝，并提出了進一步改進的方向。研究結果表明，夾芯材料主動放卷及同步技術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，具有輕質高強、耐腐蝕、保溫、絕緣、隔音、防水等優良性能[1-3]。傳統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，生產效率低、成本高、環境污染嚴重、對人體傷害大、制品性能差，樹脂和纖維結合效果差，易產生氣泡、干斑等多種缺陷，嚴重影響制品的力學性能[4-6]。

隨著社會對節能降耗、提高工效、環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展，特別是近年來高速發展的樹脂傳遞模塑工藝(RTM)[7-8]、真空輔助樹脂轉移模塑工藝(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。

本課題產品是研究和開發新一代用于閉模成型工藝要求的環保性中空導流縫編纖維增強復合材料，將一次性取代傳統開模工藝中的單層材料，減少了有機溶劑的揮發，節省了樹脂的用量，主要應用在風力發電葉片、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，經過梳理后，鋪成網，當鋪網達到一定厚度后，經過兩道針刺工序，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。典型原材料試驗結果如表1所示。

表1　原材料性能測試結果

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

因此最終確定原材料的參數指標號數：65±5，長度75±1 mm，卷取數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，需要開發一種與熱固性樹脂和熱塑性樹脂均能偶聯結合的浸潤劑技術，保持導流層與樹脂的高效結合，形成一定的空腔結構，提高強度。運用浸潤劑生產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氧乳液，選擇合適的偶聯劑，通過不同的配方組織試驗來達到上述要求。

1.3經編復合工藝研究

本產品采用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經編機縫合而成。

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

圖1為縫編機構的示意圖。

由于導流層夾芯材料是中空結構，當在縫合區域受到過大擠壓變形時，會導致孔隙率減小和出現厚薄不勻，將會嚴重影響導流效果。因此需要對縫合進行適當的調整，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，主要是為產品性能改進提供依據。

2結果

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的復合材料性能比較

從表3比較結果看，該產品的性能優于常規導流工藝生產的制品，質量穩定可靠，無不安全因素，在實際生產中產品的成品率大于98%。

3結論

通過上述生產工藝生產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工藝的需求，但在使用過程中也常出現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，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

[1]王赫，劉亞青，張志毅，等.玻璃纖維表面處理技術的研究進展[J].絕緣材料，2007，40(5)：35-37.

[2]唐倬，吳智華，牛艷華，等.連續玻璃纖維增強熱塑性塑料成型技術及其應用[J].塑料工業，2003，31(6)：1-4.

[3]何東曉.先進復合材料在航空航天的應用綜述[J].高科技纖維與應用，2006，31(2)：9-11.

[4]葛世榮，王偉華，王軍祥.玻璃纖維增強尼龍1010復合材料的摩擦學性能研究[J].摩擦學學報，2000，20(6)：427-430.

[5]趙若飛，周曉東.玻璃纖維增強熱塑性復合材料的增強方式及纖維長度控制[J].纖維復合材料，2000，17(1)：19-22.

[6]聞荻江，陳再新，李國忠.玻璃纖維增強灌注型聚氨酯泡沫塑料的拉伸，壓縮性能和破壞機理[J].復合材料學報，1999，16(4)：64-67.

[7]閻業海，趙彤，余云照.復合材料樹脂傳遞模塑工藝及適用樹脂[J].高分子通報，2001，12(3)：24-35.

[8]馬青松，陳朝輝.樹脂傳遞模塑—復合材料成型新工藝[J].材料科學與工程，2000，18(4)：92-97.

[9]吳飛.真空輔助樹脂轉移模塑工藝研究進展[J].高科技纖維與應用，2011，36(2)：39-43.

[10]馬金瑞，黃峰，趙龍，等.樹脂傳遞模塑技術研究進展及在航空領域的應用[J].航空制造技術，2015，483(14)：56-59.

[11]齊燕燕，劉亞青，張彥飛.新型樹脂傳遞模塑技術[J].化工新型材料，2006，34(3)：36-38.

[12]劉兆麟，程燦燦.復合材料液體模塑成型工藝研究現狀[J].山東紡織科技，2011，52(2)：50-53.

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