轨道飞行器自动铺丝制造用预浸纱制备关键技术研究

摘要

本文针对轨道飞行器铺丝用高模量碳纤维预浸纱制备技术中纤维束展开与损伤、树脂浸润与含胶量控制等关键技术开展研究工作，分析了不同展纱方案的优缺点，研究了超声辅助展开、机械式展纱辊展开的方法；通过建立树脂浸润模型，研究了胶膜厚度、放纱张力、树脂温度、收卷速率以及差速比等因素对含胶量的影响规律，并应用响应曲面法优化了工艺参数，通过小批量试制，所生产的预浸纱达到技术指标要求，满足航天急需。主要研究工作如下：
　　（1）在前期研究的基础上，对比分析了机械式展纱辊法、超声池法和超声杆法等三种不同的纤维展开方案，研究了三种展纱方案对纤维束展宽与损伤的影响；为满足纤维充分展开前提下低损伤的要求，选用机械式展纱辊法进一步研究了放纱张力、过辊数目、展纱辊直径对高模量碳纤维复丝拉伸强度保持率的影响规律以及3种不同程度损伤情况对不同系列纤维的影响，实验结果表明：放纱张力越大，过辊数目越多，展纱辊直径越小，对纤维损伤的影响越严重；放纱张力应控制在5-20N，过辊个数应控制在3-5个，展纱辊直径的影响较小；相同制备环境下，M系列纤维损伤高于T系列纤维；高损伤条件下，两种纤维的拉伸强度保持率均达到对比值的90％以上，工程制备预浸纱时可依据高损伤实验参数进行参数设置。
　　（2）分析了预浸纱制备浸胶工艺，建立了树脂浸润纤维束的浸渍模型，通过单因素以及正交试验，研究了胶膜厚度、放纱张力、树脂温度、收卷速率以及差速比等因素对含胶量的影响规律，获得了最优化工艺参数，开展了工艺稳定性验证实验，实验结果与理论预期一致，同时验证了工艺参数优化的正确性与有效性。
　　（3）采用中心复合设计响应曲面法，建立了放纱张力、胶膜厚度、差速比、收卷速率、树脂温度与预浸纱质量之间的响应模型，并分析了各工艺参数及其交互作用对预浸纱质量的影响规律，优化了工艺参数，并通过精密预浸纱制备系统开展了小批量试制，所试制的预浸纱宽度、含胶量、损伤均达到指标要求。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 铺丝预浸纱制备技术

1.3 自动铺丝用预浸纱技术指标

1.4 课题研究意义及研究内容

第二章 纤维束的展宽方式与损伤研究

2.1 热熔浸胶系统

2.2 材料体系的选择

2.3 纤维束展宽机理分析对比

2.4 纤维束展宽实验结果分析

2.5 展宽方式对纤维束损伤的分析

2.6 纤维束过辊损伤研究

2.7 本章小结

第三章 预浸纱的浸胶机理及含胶量控制研究

3.1 含胶量要求及测量方法

3.2 树脂体系及浸渍温度选择

3.3 浸胶方式设计

3.4 浸胶过程研究

3.5 含胶量影响因素实验研究

3.6 正交试验分析

3.7 工艺稳定性验证

3.8 匀胶阶段改进

3.9 本章小结

第四章 预浸纱质量工艺参数优化研究

4.1 预浸纱制备系统

4.2 各系统主要功能分析

4.3 响应曲面法优化分析

4.4 响应曲面优化实验

4.5 预浸纱带拉伸试验

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 后续工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文