對碳纖維布進行預(yù)粘結(jié)熱處理和除冰液污染的機械和非破壞性的研究

作者: 2018年08月22日 來源:全球化工設(shè)備網(wǎng) 瀏覽量:
字號:T | T
1.介紹復(fù)合材料因其良好的力學(xué)性能在航空航天、造船、汽車、建筑、體育器材及醫(yī)療器械等方面的應(yīng)用日益廣泛。加入碳纖維布(CFRP)的有效方法之一是使用粘結(jié)劑。我們分析了表面預(yù)粘結(jié)改性對碳纖維布粘結(jié)的影響。改性

1.介紹

復(fù)合材料因其良好的力學(xué)性能在航空航天、造船、汽車、建筑、體育器材及醫(yī)療器械等方面的應(yīng)用日益廣泛。加入碳纖維布(CFRP)的有效方法之一是使用粘結(jié)劑。我們分析了表面預(yù)粘結(jié)改性對碳纖維布粘結(jié)的影響。改性方法包括表面熱處理、除冰液表面污染等。

目前使用碳纖維布的材料是鉚接在一起的。替換鉚接為粘接,來尋求適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量保證技術(shù)。在飛機的生命周期中,有許多因素會危及到粘結(jié)的完整性。在制造階段粘結(jié)之前,對部件進行不適當(dāng)?shù)那逑纯赡軙?dǎo)致很弱的粘結(jié),在維修過程中也會出現(xiàn)類似的危險。如果要用膠粘貼片修補結(jié)構(gòu),那么粘結(jié)前的表面應(yīng)該要保持干凈。有必要進行樁核粘結(jié)檢查,以確保粘結(jié)質(zhì)量。表面預(yù)粘結(jié)改性對斷裂韌度和粘附強度的影響備受關(guān)注。表面改性的目的是在粘結(jié)中引入缺陷,模擬了復(fù)合材料粘結(jié)修復(fù)的預(yù)粘結(jié)污染場景:除冰液的污染和飛機部件的熱降解。我們考慮了三組預(yù)粘結(jié)的改性。第一個改性是在粘結(jié)前的熱處理。結(jié)構(gòu)部件可能暴露在外部熱源、閃電沖擊或熱引擎廢氣中。碳纖維布的熱處理可能導(dǎo)致纖維和樹脂因界面降解、分層、形成裂縫以及聚合物基體的降解而產(chǎn)生脫粘。在有氧氣的環(huán)境中,就會發(fā)生熱氧化降解。預(yù)粘結(jié)熱處理對碳纖維布的斷裂韌度有一定的影響。第二種改性是用除冰液對樣品進行預(yù)粘結(jié)污染處理。除冰液會影響飛機部件。除冰裝置中含有甲酸鉀,會沉積在碳纖維布的表面上。在飛機清洗過程中,可以將甲酸鉀運送到準備改性的區(qū)域,并污染它們,這可能會導(dǎo)致弱粘結(jié)。

在過去,各種方法被用來研究粘接。非線性孤波用于測試被釋放劑污染的粘結(jié)。在此之前,也曾嘗試采用EMI方法進行粘結(jié)評估。用于CFRP粘接的EMI方法,主要是對潮濕污染、釋放劑污染、粘結(jié)劑的不當(dāng)固化溫度等問題進行研究。

 

2. 材料準備

8CFRP相互粘結(jié)(總厚度是4mm),然后被切成小試樣用于機械測試。其中,使用的粘結(jié)劑是FM300-2Cytec,美國),固化溫度是121 。制備了參比樣品(RE)和改性后的樣品。這些改性包括熱處理(TD)、除冰液污染(DI)。

CFRP放在熱風(fēng)循環(huán)烘箱中進行熱處理。使用三個溫度等級:220TD1),260TD2)和280TD3),并在選定的溫度下保溫2 h。然后磨碎CFRP,并粘在未處理的CFRP上。在SAFEWAY KF除冰液中,浸漬涂布了CFRP,制成了除冰液對粘結(jié)劑的污染效果。防冰劑含有甲酸鉀,所以表面的鉀(K)含量被認為是污染程度的一種測量方法。污染濃度依次為: 6.4±1.8 (DI1), 10.9±2.3 (DI2) 12.0±1.4 at. % K (DI3)

 

3. 離心方式測試附著力

離心測試是使用LUMiFrac附著力分析儀(圖1)進行的。離心技術(shù)的試驗原理是基于旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)運動中,離心力 。

 

其中,m是旋轉(zhuǎn)質(zhì)量,w旋轉(zhuǎn)速度,r是旋轉(zhuǎn)軸的距離。旋轉(zhuǎn)速度的增加會導(dǎo)致負載增加。如果負載超過了樣品的粘附強度,試驗壓模塊就會在引導(dǎo)套筒內(nèi)向外移動。試驗壓模的分離就也會被自動檢測到。使用SEPView測量軟件,可計算斷裂力和粘附強度。

連接過程如圖3所示。粘結(jié)劑用于帶有直接置換管道的壓型塊(a,引導(dǎo)套筒放置在樣品表面(b),壓型塊插入(c)并與樣品(d)粘結(jié)。

該儀器通過USB連接到電腦上。接口用于控制儀器(測試參數(shù)的傳輸)和結(jié)果的傳輸。當(dāng)前的轉(zhuǎn)子-轉(zhuǎn)速被不斷地傳送到電腦軟件。斷裂時刻的轉(zhuǎn)速和斷裂時間被保存到相關(guān)的樣品位置。

準備好的樣品被插入到模塊中進行裂縫檢測,然后放置在轉(zhuǎn)子上。之后,關(guān)閉轉(zhuǎn)子和離心機蓋。在圖4中顯示了帶有8個通道(測試位置)的LUMiFrac的轉(zhuǎn)子。

在啟動軟件后,選擇所用的壓型塊,并輸入與樣品位置相關(guān)的樣品編號。接下來選擇負載變化并增大。初始化數(shù)據(jù)記錄開始離心。測試完成后,記錄的數(shù)據(jù)被導(dǎo)出到Excel中。

 

4 結(jié)果

5描述了粘附強度(AS)的結(jié)果。采用該方法對單次改性(TDDI)的樣品進行了研究。與參比樣品RE相比,TD1的平均粘附強度增加。在TD2TD3處理條件下,粘附強度下降。除冰液污染對DI1DI2的粘附強度有相似的負面影響。DI3的平均粘附強度較低。

 

由此可見,使用LUMiFrac附著力分析儀,可對碳纖維布進行預(yù)粘結(jié)熱處理和除冰液污染的機械和非破壞性的研究,這對航空航天器的安全非常有指導(dǎo)意義。

 


上海人和科學(xué)儀器有限公司
 

全球化工設(shè)備網(wǎng)(http://www.bhmbl.cn )友情提醒,轉(zhuǎn)載請務(wù)必注明來源:全球化工設(shè)備網(wǎng)!違者必究.

標簽:

分享到:
免責(zé)聲明:1、本文系本網(wǎng)編輯轉(zhuǎn)載或者作者自行發(fā)布,本網(wǎng)發(fā)布文章的目的在于傳遞更多信息給訪問者,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點,同時本網(wǎng)亦不對文章內(nèi)容的真實性負責(zé)。
2、如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題,請在30日內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,我們將在第一時間作出適當(dāng)處理!有關(guān)作品版權(quán)事宜請聯(lián)系:+86-571-88970062