碳纖維管纏繞成型的相關原則分析

       碳纖維管纏繞成型工藝是利用濕法纏繞,將浸膠后的玻璃纖維集束,在一定的張力控制下直接纏繞在芯膜上的工藝方法。碳纖維管的使用情況不同,其纏繞線型也不相同。本文由江蘇博實帶大家來看下碳纖維管在纏繞成型中的原則分析。

   1、定向鋪層原則

  在實際中,盡量減少復合材料的鋪層角度,一般應用較多的鋪層角度是0°、90°和±45°。

  2、鋪層順序原則

  為了降低兩種鋪層的分層與開裂,一般情況下盡量避免相應的鋪層角度連續鋪設,若一定要連續鋪設同意鋪層角度,則要求鋪層數小于5層;由于±45°鋪層角具有良好的抗沖擊性與抗壓縮特性,起到維護的作用,所以層合板的表層最好選用±45°鋪層角度。

  3、鋪層均衡對稱原則

  非均衡對稱鋪層的復合材料固化成將發生耦合變形,而對稱鋪層的復合材料能有效避免這種現象。所以,應該盡可能的使鋪層均衡對稱。

  4、鋪層厚度設計原則

  鋪層厚度的突變會導致應力集中,采用變厚度鋪層時鋪層數應逐層遞增變化。每層鋪層數的差值要相等,并且其寬度應大于2.5mm。為了避免臺階處產生分層時效,要求構件的表層使用連續的等厚度鋪層。

  5、按載荷方向確定鋪設方向原則

  在鋪層設計是需要按照碳纖維管的載荷方向確定鋪設方向的原則。當結構受到單向拉伸或者壓縮時纖維方向按照載荷方向進行鋪設;當受到雙向拉伸或者壓縮時,鋪層方向沿著載荷方向0°與90°進行正交鋪層;當碳纖維復合材料受到剪切載荷時,根據-45°和+45°鋪層角度進行成對鋪設;當復合材料結構受到復合載荷,如壓縮和剪切復合、拉伸和剪切復合時,鋪層方向按照0°、90°和±45°進行多向鋪層。

  6、沖擊載荷區域設計原則

  由于0°鋪設角起到抵抗局部沖擊的作用,且±45°鋪設角能夠擴散載荷,所以在承受沖擊載荷的區域需要充足的0°與±45°鋪角。如果碳纖維復合材料結構頻繁承受沖擊載荷,則應該在結構表面的各方向上均布鋪設纖維,且各相鄰層的鋪設角之差要小。

  按照性能要求和使用條件,通過改變鋪層方式與截面幾何形狀對碳纖維管進行設計,從而改善碳纖維復合材料結構的力學性能。在本質上看來,碳纖維管的結構設計相當于層合板的鋪層設計,碳纖維復合材料每層的屬性不一樣,從內層至外層逐個定義碳纖維復合材料的鋪層角和單層厚度等性能參數。