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钩-环锁扣减速了碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维和混同织物的铺层,同时进步了复合材料的力学性能。 一种新的手艺为三维预成型件的手工铺层体式格局供应了自动化操纵的时机。

今天,用三维织物预成型件消费从小型到巨型的下机能复合材料部件已毫无疑问。但关于高产量的行业而言,如汽车工业,三维预成型工艺迄今为止一向黑白常耗时并因而而异常高贵的,那使其成为汽车消费中一种严厉受限的质料/工艺挑选。但跟着一种新技术的泛起,统统皆发作了转变,该手艺为耗时的、劳动密集型的三维预成型件的手工铺层体式格局供应了自动化操纵的时机。该手艺曾得到了2010 JEC立异奖中的质料种别奖项,其商品名为“Han-3D”织物或“Han-3D”复合材料(正在申请环球专利)。它是发明家Nathan Nanlin Han博士的伶俐结晶。他是一个合资创建人(与其他一些经验丰富的具有博士资格的专业人士一同),同时是两家公司的总经理,这两家公司专注于开发和消费奇特的三维复合材料及纳米复合材料:位于美国加利福尼亚州的3D Nanocomposites公司为其位于中国江苏的姊妹公司——先辈纤维质料技术有限公司开辟用于织物消费的产物。

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图1 一种为层压复合材料消费织物层的新方法,接纳了像维可牢尼龙搭扣一样的可正在Z轴方向上实现衔接的钩-环锁扣,从而将邻近的织物层衔接起来

开辟该三维预成型件的目标是为了战胜二维层合构造固有的瑕玷。Han注释道,固然碳纤维或玻璃纤维的拉伸强度可以或许凌驾3000MPa,远高于钢的拉伸强度,但用于将纤维层粘接在一起的树脂基体却只要约莫100MPa的拉伸强度,其拉伸强度只是纤维的1/30。因而,正在层叠构造中,若是只是用树脂将织物层粘接在一起,那么这一较低的层间剥离强度则能够致使分层和正在多种载荷条件下的里中生效,特别是正在打击委靡载荷和紧缩委靡载荷下。只管能够经由过程接纳增大交联密度和其他体式格局去进步聚合物基体的拉伸强度,但这却是一种会增添树脂体系本钱的极具应战的要领。其他的用于进步Z轴方向上层叠强度的勤奋则重要集中正在机器要领上,如齐厚度缝合、三维编织手艺和Z-pins嵌入。固然这些要领确实进步了打击强度,但三维缝合和编织则要求接纳庞大的机械和工艺,并且一切那3种要领都邑低落复合材料的柔韧性和成效,固然借会增添其本钱。 copyright dedecms


图2 接纳Han-3D织物建造的一个织物预成型件

Han道,汽车行业普遍采用复合材料构造的最大停滞是很多手艺不具有量产化的消费效力及其很下的本钱。“当为飞机以至汽船制造部件时,手工铺层是可行的。但关于汽车消费而言,这种方法正在现实运用中确切显得很缓。”他道。
Han用于编织织物的要领战胜了这些范围。取Velcro公司的要领类似,Han的织物是接纳钩-环锁扣被凝结在一起,钩在一边,环正在另一边。该手艺好像适用于险些任何纤维范例或混同质料,并可实现快速、轻易的组合:当纤维层被堆叠在一起时,相近的层便经由过程锁扣被锁定在一起,其感化便像是通报层加强的纤维,它改进了Z轴向的机器强度。“应用我们新的钩-环织物和一个机械手铺层臂,我们可以或许正在90s内消费出一个预成型件。” Han宣称:“当联合运用现在2min便可固化的环氧树脂时,接纳树脂通报模塑成型工艺(简称 “RTM”),可正在不到5min的时间内消费出一个车身或底盘部件。” 织梦好,好织梦


图3 正在接纳钩/环搭接的“互锁型”Han-3D玻璃纤维织物(上)和具有一样重量的“非互锁型”仄织玻璃纤维织物(下)上所做的低速碰撞测试,两种织物都是按0°、+45°、-45°、90°、0°、-45°、+45°和0°的递次顺次铺层、并由亨斯迈先辈质料公司的Aradur 5003-1环氧树脂停止真空灌注的一个8层织物。将试样放入一个中心孔直径为50mm的实验夹具中,接纳一个头部直径为12.7mm的打击杆正在试样的多处击打数次(落锤1kg,落差80cm)。能够看出,接纳Han-3D织物消费的复合材料上的凹痕相对较小,中央一排显现出了仅正在实验夹具的落差由80cm低落到40cm后,仄织的试样上便泛起了较小的凹痕印记

听说,接纳这些织物制成的复合材料已正在假造原型建造和物理性能测试中被展望并显现出了其从改进的力学性能方面得到的好处:扯破强度进步了50%~100%,耐压强度进步了20%,抗弯强度进步了10%,剪切强度最少进步了15%,而打击强度则进步了60%~100%。同时,部件的抗委靡性、螺孔强度和粘接强度也皆有所进步。 内容来自dedecms
固然,另有本钱方面的收益。Han以与其他庞大的加强织物大致相称的价钱消费和贩卖其织物。借助于机器手臂,可将Han的织物从裁切台上移走并正确地铺放到模具中。Han道,其所带来的结果是,取传统的层压复合材料比拟,可低落50%的间接生产成本,别的借可低落30%的直接本钱。

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图4 为展现该手艺能够的运用之处,先辈纤维质料技术有限公司接纳带有芳纶纤维钩和环的Han-3D混同碳纤维预成型件,消费出了那一“车顶加柱”构造的小型试样。预成型件的铺层只破费了90s的工夫

Han-3D织物的开辟阶段现在曾经完毕,低级的钩-环织物可正在中国和美国购到。现在正在进行的事情是开辟类似于3M Dual-Lock体系的可替换的蘑菇状锁扣,以作为消费预浸料的一种要领。


作者:Peggy Malnati 

本文来自织梦


文章泉源:High-Performance Composites  
 

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