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维普资讯 1991年6月 固体火箭技术 第二期 短纤维复合材料中的纤维取向控制 橱 爱 玉 (西安市 172信箱) 摘要 短纤维复合材料中的纤维取向控制被视为是提高其构件结构效率、发挥其材料强度 潜力的重要手段．本文介绍了短纤维取向控制的几种可行的工艺方法。并重点介绍采用施 加磁矩 的方法，对涂覆铁磁性物质的涂层纤维进行定性定量控{}j的可行性，推导了涂层纤 维旋转所需磁矩 7 及时间l的公式，分析了参数间的关系，并进行了验证实验。 主题词 复合材科 纤维增强复合材料 复合材料工艺 l 前言 复合材料的最突出优点是具有可设计性．它可以根据构件的性能要求选择不同的增强 材料、基体材料、复合方式以及工艺方法，这是任何单一材料所无可比拟的． 单 向连续纤维增强复合材料的显著特点是可以根据构件的受力状态选择纤维的取向． 这种复台材料在沿纤维的铺设方向有着较高的强度和模量，而在纤维的垂直方向的强度和 模量却相 当低．因此，这种复合材料的使用条件应是构件的应力方 向单一，对构件的结构 效率要求 比较高。同时，这种复合材料的生产工艺复杂．制作周期长，批量小，成本高． 当构件的受力状态和方 向无法精确计算或各方 向的受力基本相等时，最好采用随机排 列的短纤维增强复合材料 这种各向同性的复合材料 可用模压、注模等生产工艺成形，且 生产过程易于批量化．周期短．成本低，是生产形状复杂且精度要求高的构件的可行工 艺． 在复台材料中，纤维作为增强材料是决定复台材料拉伸强度 、模量、延伸率的关健组 分，基钵材料主要起着传递载荷的作用．在随机取向的短纤维增强复合材料构件中，纤维 的强度效率明显低于单向连续纤维在基体材料中的强度效率，因此，短纤维复合材料的低 成本和高生产率是以降低构件的结构效率为代价的．另外，短纤维复合材料 的性能不稳 定．这是纤维在基体中随机排列的缘故。在模压成形过程 中，模具的几何形状、焊缝和树 脂 波纹都会使纤维取 向杂乱无章。短纤维复合材料的这些缺骼使其强度 损失高达 30～ 50％．如果能对随机驭 向的短纤维实施取向控制，就可充分提高这种复合材料 的可设计 性，制造出性能稳定的各向异性短纤维复合材料结构件，达到既提高效率又降低成本的 目 的．本文将专 门介绍短纤维增强的复合材料 中纤维的取向控制方法。并重点介绍采用施加 磁矩 的方法控制短纤维定向排列． 2 短纤维取向定性控制的几种方法 因为在短纤维复合材料中纤维的取 向是三维随机分布 的，所以对短纤维取向进行定量 一 103— 维普资讯 难度很大．人们开始只在纤维取向的定性控制方面进行了尝试，并取得 了某些成绩 ． 2．1 锻压工艺中的纤维取向控科 锻压工艺类似于传统的金属锻压工艺．可制造出表面光洁度好且纤维基本是定向排列 的单向短纤维复合材料．工艺过程是先将纤维的树脂浸渍物进行手工整理．使之基本定向 排列形成均匀的毡，再将裁好的毡料置人炉中加热到 50--100。F (高于树脂基体软化 点)．然后迅速放人压模型腔，用液压机或机械式锻锤反复锤锻．在毡料受压期间，熔融 态纤维和树脂便充满模具型腔．由于在整个模压过程 中，纤维方 向能基本保持坯料的原有 方 向且纤维长度不变，因此制品的纤维方 向基本一致． 2．2 模压工艺中的纤维取 向控制 模压工艺的显著优点是将经过手工整理的短纤维复合材料坯料或浸渍迭层直接制成所 需产品，并使其基本保持纤维原有取向．其工艺过程是先将织物或浸渍迭层放人弹簧加载 的框架中软化后，再放人横具中加压并抽真空，逸出织物或迭层 内部的气泡并使多余树脂 流出。这样不但有助于提高纤维的体积含量．而且促使软化的坯料与模具型腔完全吻合， 从丐制 出纤维基本定 向排列的高质量制品． 2．3 注模工艺中的纤维取向控制 在注横过程 中．纤维可随树脂的流动方 向而取向，因此，如能设法