高温环氧树脂碳纤维预浸料ECS0017108制造工艺性研究.pdf

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1、高温环氧树脂碳纤维预浸料E C S 0 0 1 7 1 0 8 制造工艺性研究宋文娟(哈航集团复合材料厂)摘要：本篇论文介绍了预浸料E C S 0 0 1 7 1 0 8 的工艺性研究。主要从使用中发现的一些问题进行有针对性的研究。从常温储存期、预浸料表面粘性、操作过程中的问题及产品的检测等几方面详细地介绍了在研究过程中出现的一些问题及解决办法。预浸料E C S 0 0 1 7 1 0 8 是一种最新使用的高温环氧碳纤维预浸料，哈飞用于生产直升机的翦舱罩婷结构件，其工艺性在研究过程中得到了很大程度上的提高，对于自身的复合材料工艺生产水平也是一个很好的经验积累关键词：复合材料；高温环氧预浸料：制

2、造工艺性l前言直九系列型机所使用的预浸料E C S 0 0 0 2 1 0 因国外供应商不再生产，厂家推荐改用性能相当的预浸料E C S 0 0 1 7。1 0 8 代替。新的预浸料E C S 0 0 1 7 1 0 8 制造方法由预浸料E C S 0 0 0 2 1 0 溶剂法改为热熔胶膜法。预浸料E C S 0 0 1 7 1 0 8 制造方法的改变，其工艺性能产生了一些变化，这些变化对根据原预浸料E C S 0 0 0 2 1 0 工艺特点制定的产品制造工艺带来了影响。在最初使用E C S 0 0 1 7，1 0 8 制造4 架机直九零件过程中发现了一些对产品制造质量有较大影响的问题，如

3、下：1)常温储存期短；2)预没料与工装的粘合性不好：3)预浸料铺贴时韧性较差，局部贴合不好，铺叠后出现局部的鼓包现象；4)预浸料在未固化状态下切割之后，切口处有干碳丝出现；5)产品工艺性不稳定，厚度波动比较大，按现有验收标准超差率比较大。由于这些问题对产品的质量有较大的影响。因此开展了专项的技术攻关，解决使用预浸料E C S 0 0 1 7 1 0 8 的工艺问题。2 工艺攻关的技术思路和解决的主要问题原预浸料E C S 0 0 0 2。1 0 在直九型机上主要用在前舱罩、舱门和一些耐温结构系统件，在改换薪料后，针对具体情况，我们主要以成型方法比较特殊的前舱罩管梁为攻关对象，根据预浸料性能特点

4、及部分零件的制造工艺方法进行研究，主要针对常温有效期短、预浸料与工装贴合性差以及局部鼓包等问题确定了攻关方案。1)研究不同批次E C S 0 0 1 7 1 0 8 在不同放置条件卜的使用时间。确定从1 i 艺操作角度来讲比较适用的常温使用期，并与供应商联系，进一步延长常温有效期。2)工艺研究采取措施，改善预浸料与模具的贴合问题。3)对铺层过程中出现较严重局部鼓包的管梁，标记鼓包位置，固化后割切检查此部位产品的内部质量，确定铺放缺陷是否影响产品质量。4)割切一定的零件，进行金相放大，检查切面R 角的内部质量，与原材料制造零件(用报废品)对比。5)无损提供此批零件厚度的实测数值，攻关组将统计、分

5、析数值，为完善产品验收标准提供基础的依据。8 7通过大量的试验和无损检测的厚度记录数据进行统计及处理，完善复合材料零件的工艺方法和验收标准。同时根据所得到的结果进行总结，进而得到关于预浸料E C S 0 0 1 7 1 0 8：艺技术的一系列结论和经验。此问题的研究成功为所有型号的制造奠定技术基础并提供技术支持。3 预浸料E C S 0 0 0 2。1 0、预浸料E C S 0 0 1 7 1 0 8 两种材料的性能对比1)两种预浸料的纤维、树脂、固化参数均相同；E c s o 0 0 2 1 0E c S 0 0 1 7+1 0 8拉伸强度(M P a)7 0 07 0 0拉伸模量(G P

6、a)6 5 56 2 57 0(2 3 0 C)层间剪切强度(M P a)4 5(1 5 0 0 C)4 3(1 5 0 0 C)漫渍率4 5 4 3 单位垂量(m 2)4 0 0 士2 04 0 0 士2 5单层厚度(m m)0 2 20 2 2 5 0 0 153)制造方法上的区别是：E C S 0 0 0 2 1 0 采用湿法(浸润)制造方法，E C S 0 0 1 7 1 0 8 采用热溶制造方法。4)表面粘性的区别：E C S 0 0 0 2 1 0 表面粘性非常好，常温有效期内变化不大：E C S 0 0 1 7 1 0 8 表面糙性不好，常温有效期内变化非常大。5)在生产过程中，

7、按设计要求在组件胶接过程中做搭接剪切随炉试片，两种材料的随炉试片搭接剪切强度统计如下：组件一搭接剪切强度E S 0 0 0 2 1 0E C S 0 0 1 7 1 0 8序号产品编号搭接剪切强度(M p a)产品编号搭接剪切强度(M p a)l2 0 0 3 0 0 l1 7 22 0 0 3 0 1 19 621 9 49 832 0 0 3 0 0 21 1 4 8 99 849 3 1 11 1 557 2 5 51 0-367 7 7 31 2 576 52 0 0 3 0 1 29 0 0 7 9 l88 0 6 89，9 8 5 4 392 0 0 3 0 0 88 8 2 2

8、1 22 0 0 3 0 1 31 2 7 9 7 21 09 0 5 8 6 11 2 9 0 8 6。1 17 5 8 0 9 22 0 0 4 0 0 11 2 1 8 8 71 28 0 5 6 71 1 0 0 6 61 38 3 7 6 8 82 0 0 4 0 0 21 3 5 1 1 91 47 5 9 1 9 81 2 5 4 6 51 52 0 0 3 0 0 91 0 6 8 9 52 0 0 4 0 0 31 2 1 7 3 21 69 9 7 1 8 ln 4 2 5 21 79 7 0 2 5 82 0 0 4 0 0 41 0 6 41 89 3 5 0 5 41

9、 2 6 41 91 1 8 0 6 l2 0 0 4 0 0 59 7 62 01 1 4 7 5 79 4 52 l2 0 0 3 0 1 07 7 8 6 9 32 0 0 4 0 0 6“4 32 28 9 5 1 1 71 0 9 32 39 7 2 8 2 62 48 2 5 3 3 32 57 2 9 6 0 72 67 3 0 5 1 5平均值9 5 71 1 1 88 9组件二搭接剪切强度有所提高，满足设计要求。9 0E S 0 0 0 2 1 0E C S 0 0 1 7 1 0 8序号检字号层间剪切强度(M p a)检字号层闻剪切强度(M p a)lH 0 2 I 9 6

10、7 2 3H 0 4 1 2 97 8 42H 0 3 1 2 l7 0 3H 0 4 1-3 17 8 43H 0 3 1-3 77 0 8 9H 0 4 1-4 17 5 24H 0 3 1 1 1 97 4 9H 0 4 1-5 67 5 35H 0 3 1 1 7 87 4 1H 0 4 1 6 07 4 4平均值7 2 4 9 87 6 3 4从以上的两个表中可以看出，两种材料的层间剪切强度基本上相同，E C S 0 0 1 7 1 0 8 的强度值还有所提高。4 研究过程4 1 预浸料常温有效期研究在使用预浸料最初，我们发现这种料的常温有效期比E C S 0 0 0 2 1 0 短

11、很多，而且由于我们是第一次接触到这种料，因此攻关组针对不同预浸料的批次分别进行常温储存的跟踪纪录，对每个批次预浸料在不同条件下(放在室温条件、在空调间、在空调间用塑料袋密封)的状态进行不问断的观察，从预没料的第一批料在室温(办公室)在空调闯在空调闯密封柔软度自粘性表面粘度米祆及自牯性表面粘度柔软度自粘性表面粘度第一天良好良好不粘手良好良好不粘手良好良好不粘手第二天适中般不粘手较软一般不粘手良好良好不粘手第三天稍硬稍有粘性不粘手一般一般不粘手稍硬一般不粘手第四天变硬无不粘手变硬无不粘手较硬稍有粘性不粘手常温有效期常温存放有效期为3-4 天第二批料在室温(办公室)在空调间在空调间密封柔软度自粘性表

12、面粘度柔软度自粘性表面粘度柔软度自粘性表面粘度第一天良好良好不粘手良好良好不粘手良好良好不粘手第二天良好良好不粘手良好良好不粘手良好良好不粘手第三天较好良好不粘手较好良好不粘手良好良好不粘手第四天较好良好不粘手较好良好不粘手良好良好不牯手第五天较好良好不粘手较好良好不粘手良好良好不粘手第六天较好-般不粘手较好良好不粘手良好良好不粘手第七天一般稍有粘性不粘手一般稍有粘性不粘手较好较好不粘手第八天较硬无不粘手较硬无不粘手较好一般不粘手第九天变硬无不粘手变硬无4 i 粘手稍硬稍有粘性不粘手第十天变硬无不粘手变硬无不粘手变硬无不粘手常温有效期常温存放有效期为7 1 0 天9 1第三批料在室温(办公室)

13、在空调问在夺调间密封柔软度自粘性表面粘度柔软度自粘性表面粘度柔软度自粘性表面粘度第一天良好良好不粘手良好良好不粘手良好良好不粘手第二天良好良好不粘手良好良好不糙手良好良好不粘手第三天较好良好不粘手较好良好不粘予良好良好不粘手第四天较好一般不粘手较好一般不秸手良好较好不粘手第五天一般一般不粘手较好一般不粕手良好较好不粘手第六天较硬一般不粘手一般一般不粘手较好一般不粘手第七天较硬一般不粘手般一般不粘手较好一般不粘手第八天较硬稍有粘性不粘手较硬稍有粘性不粘手稍硬一般不粘手第九天较硬稍有粘性不粘手较硬稍有粘性不粘予稍硬一般不粘手第十天较硬稍有粘性不粘手较硬稍有粘性不粘手稍硬一般不粘手第十一天变硬无不粘

14、手变硬无不粘手变硬无不粘手常温有效期常温存放有效期为7 1 0 天结论：从以上的三个表中可以看出，除了第一批次的常温有效期为3-4 天外，其他两批次的常温有效期为7 1 0 天。4 2 预浸料与工装的贴合性研究预浸料E C S 0 0 1 7 1 0 8 在使用中发现的问题除了常温有效期短这一问题外。最大的问题就是与工装的贴合度非常差，无论是拿刚打包的预浸料做实验，还是正常解冻下料后开始使用的预浸料均无法使预浸料很好地贴合工装，与E C S 0 0 0 2 1 0 相比差的很多。原来我们使用E C S 0 0 0 2 1 0 生产时，只需用手来压实就可以使预浸料与工装很好的贴合，在更换预浸料后

15、，我们采用电吹风机进行局部加热后，预浸料可以与工装贴合，但是受外力(进行边角的处理)的时候容易移动，因此在铺层过程中比较注意的是与1：装贴和的第一层预浸料的处理一般在铺层时用电吹风加热，并延长常温抽真空的时间，以防止铺好的预漫料在受外力时从工装上整体滑移，保证产品的质量。结论：在采用电吹风加热和延长常温抽真空的时间等办法后，基本上解决了预浸料与工装的贴合性问题。4 3 预浸料铺层的鼓包研究在预浸料使用过程中我们发现，在比较复杂的曲面零件铺层时预没料在局部偶尔会出现鼓包现象，绝大多数的零件在镧层过程中没有发现这一问题。主要是因为预浸料E C S 0 0 1 7 1 0 8 的延展性不好，预浸料在

16、局部没有韧性，在曲度比较大的部位由于预浸料无法过渡，因此在铺层时就会产生局部的皱褶，而这种预浸料的粘性比较差，所以就会产生鼓包现象。在工艺方法上我们要求操作者在铺层的过程中增加常温抽真空的时间和次数，在目视检查中达到没有明显的鼓包和皱褶现象，保证层与层之间的贴和，同时在适当的部位增加剪1 1 1，保证预浸料的良好过渡。我们对铺层出现较严重局部鼓包的管梁，标记鼓包位置，固化后割切检查此部位产品的内部质量，发现鼓包在固化后没有明显的纤维皱褶，纤维基本上还是比较平直的。金相检测照片如下：切面照片一结论：铺层的鼓包现象只是在很少量的零件上的局部出现的现象，在经过工艺处理之后，基本上可以达到目视标准，经

17、过金相切面照片检查之后没有纤维的皱褶现象，说明铺层的鼓包现象不会对产品质量有较大的影响。4 4 管梁切面R 角的内部质量研究由于预浸料E C S 0 0 1 7 1 0 8 的粘性不如预浸料E C S 0 0 0 2。1 0，因此我们剖切一定的管粱，检查R 角的内部质量，并与原预浸料E C S 0 0 0 2 1 0 制造的管梁(用报废品)进行对比。上面的“切面照片一 就是用预浸料E C S 0 0 1 7 1 0 8 制造的零件切面，下面的“切面照片=”则是用预没料E C S 0 0 0 2 1 0 制造的切面。“切面照片三”和“切面照片四”是截面为五变形的切面图和局部放大图。切面照片_ 二

18、9 3切面照片三切面照片四从以上的四幅照片中可以看出，用两种不同的预没料生产出来的零件其R 较没有太大的区别，层与层之间充满了树艏，并没有出现空洞现象，但从照片中可以发现无论是那种预没料其内角均比较大，这是以前在研制生产中没有发现的问题，值得我们继续研究和改进。4 5 零件生产质量统计在生产了l O 架机的产品后，通过仪器检测和目视检查可以看出，这种预浸料生产出来的产品表面质量比较好，但是有些地方可以看出由于预漫料与工装的不贴合产生的积胶，产品的孔隙率基本上没有超差现象。用预漫料E C S 0 0 0 2 1 0 共生产7 6 件零件。有3 9 件零件提出超差单。超差率5 1 3。其中4 件掉

19、压报废，1 0 件由于贫胶和厚度超差报废，报废率为1 8 4。用预浸料E C S 0 0 1 7 1 0 8 共生产1 1 0 件零件。有4 6 件零件提出超差单，超差率4 1 8。其中1 0 件由于贫胶和厚度超差报废，报废率为9 1。从以上的简单数据可以看出，更换材料后，产品的超差率和报废率均有所下降，换料后基本保证质量的稳定性。4 6 管梁厚度统计研究在生产过程中。我们发现此种预浸料的工艺性不稳定，因此我们统计部分零件的实测厚度，要求无损提供厚度的实测数值。将统计、分析数值，与现有的验收标准相比较。为完善产品验收标准提供基础和依据。在数据的处理上，根据现有的产品验收标准和铺层可以得到每一处

20、的理论厚度，我们统计超过其理论厚度1 0 的数据个数和超过1 5 数据个数，同时统计出不大予该处理论厚度的数据个数，以及用实测厚度除以该处的层数得到的平均厚度不大于0 2 5 的数据个数(现有标准中预浸料E C S 0 0 1 7 1 0 8 的单层厚度为0 2 5)。我们用实测数据除以该处的层数得到是单层的厚度，即预浸料的平均值，并计算出所有数据的汇总理论平均值。统计厚度数据如下：淤芝零件一零件二零件三零件四零件五零件六总计统计项目5 3零件数重1 0l O1 21 254(4 1)2 6 2 7数据个数4 1 94 8 54 3 87 1 73 2 82 4 0(1 9 1 0)3 3 0

21、超过1 0 的数据2 691 92 2 42 62 6(1 0 6)1 4 5超过1 5 的数据l O29J 0 l61 7(4 4)不大于理论值的数据个1 2 3 22 2 32 4 98 74 5 01 8 53 8数(7 8 2)平均厚度不大于O 2 5 数1 5 6 83 2 43】81 6 14 8 42 1 56 6据个数(1 0 8 4)1 5 1 9每层预浸料平均值0 2 4 8O 2 50 2 5 90 2 4 70 2 5 20 2 6 31 2 7 20 2 5 3 1 7汇总平均值0 2 5 4 5在这里需要说明一下的是，由于零件四的模具问题，导致该零件的厚度数据比较特

22、殊，不属于常规数据，在这里列出只是一个参考。下面括号内的百分比为没有考虑零件四的数据。从以上的数据表中可以看出，到目前为止统计了5 3(4 1)件零件，2 6 2 7(1 9 1 0)个数据。从这些数据中可以得到如下结论：1)该种预浸料的单层厚度偏薄，有4 6 9(4 0 9)的数据都低于理论厚度，5 9 7(5 6 8)的数据的单9 5层厚度都不大于理论厚度。2)按现有验收标准来衡量，有1 2 6(5 5)的数据超过理论厚度1 0，只有5。5(2 3)的数据超过理论厚度1 5。5 结论及建议通过对以上六方面的研究，我们得到了比较完整的结论，但是在攻关过程中我们也发现了一些问题，还值得我们进一

23、步的研究。根据以上的一系列试验及检测的结果可以得到如下的结论。在经过研究后，从工艺上采取措施以后无论从外观及内部质量等方面看，用预浸料E C S 0 0 1 7。t 0 8 生产出来的零件与用预浸料E C S 0 0 0 2 1 0 生产的零件水平基本相当，预浸料E C S 0 0 1 7 1 0 8 的零件外表面状态要比E C S 0 0 0 2 1 0 稍好。从工艺完善上考虑需要对以下几个方面进行建议和特殊的控制：l、预浸料E C S 0 0 1 7 1 0 8 的三批料中，第一批料的常温储存期为3 叫天，就需要在生产上进行特殊的安排，在常温放置3 天内完成铺层并密封，在常温有效期内完成固

24、化。其他两个批次的预浸料可以常温储存7 天，从生产安排上来讲是可以接受的，总体来讲是可以接受的。2、在成型过程中适当的增加剪口的数量，增加常温抽真空的时间和次数，采用电吹风等辅助工具，从而保证铺层的质量。3、经过厚度统计和计算，得到E C S 0 0 1 7。1 0 8 的单层厚度平均值为0 2 5 m m，符合现有的材料标准规定。根据统计厚度的数据，建议设计将产品验收标准中厚度的验收标准1 0 更改为1 5，这样可以比较好的保证生产的顺利进行。6 后期继续项目经过一个阶段的实验观察及统计总结，攻关组得到了一些成绩和结论，但是在攻关过程中也发现了一些问题，从金相照片中可以发现无论是那种预浸料其

25、内角均比较大，这是以前在研制生产中没有发现的问题，通过分析认为这不是预浸料更改带来的问题，而是由于零件的特殊成型工艺形成了这个结果。在成型过程中不可避免地出现这种现象。在以后的生产研究中，我们考虑将要进行改进。7 结束语在经过一系列的工艺性研究及统计之后，我们基本上解决了预浸料E C S 0 0 1 7 1 0 8 在使用中出现的工艺性问题，同时在研究过程中也发现了一些问题，有待于进一步的工作来改进和解决。在整个研究过程中，初步解决了该种预浸料与其它预浸料不同的常温储存期的问题，采取特殊材料特殊对待的方法，基本上满足了工艺上的要求。同时采取了一系列的措施来保证材料与工装的贴合情况，在统计一定数量的产品厚度后，基本上确定了每层预没料的厚度，这样可以比较好的保证生产的顺利进行。在研究过程中也发现了内角比较大的问题，在分析了原因后也制定了一些初步的解决思路，在今后的工作中需要进一步的解决。高温环氧树脂碳纤维预浸料ECS0017.108制造工艺性研究高温环氧树脂碳纤维预浸料ECS0017.108制造工艺性研究作者：宋文娟作者单位：哈航集团复合材料厂 本文链接：http:/