测量通过不同制造工艺获得的玻璃纤维增强聚合物复合层压板的机械性能

摘要

本文介绍了使用湿手糊/真空袋法获得的纤维增强聚合物基复合材料层合板的制造工艺。

摘要

传统的湿手糊工艺（WL）已广泛应用于纤维复合材料层压板的制造。然而，由于成型压力不足，纤维的质量分数降低，内部滞留大量气泡，导致层压板质量低下（刚度和强度低）。用于制造复合层压板的湿手糊/真空袋（WLVB）工艺是在传统湿手糊工艺的基础上，使用真空袋去除气泡并提供压力，然后进行加热和固化过程。

与传统的手糊工艺相比，WLVB工艺制造的层压板表现出优异的机械性能，包括更好的强度和刚度、更高的纤维体积分数和更低的空隙体积分数，这些都是复合材料层压板的优势。这个过程完全是手工的，受准备人员技能的影响很大。因此，产品容易出现空隙和厚度不均匀等缺陷，导致层压板的质量和机械性能不稳定。因此，有必要详细描述WLVB工艺，精细控制步骤，量化材料比例，以确保层压板的机械性能。

本文介绍了WLVB工艺制备编织平纹玻璃纤维增强复合材料层合板（GFRPs）的细致工艺。采用公式法计算层合板的纤维体积含量，计算结果显示，WL层合板的纤维体积含量为42.04%，而WLVB层合板的纤维体积含量为57.82%，提高了15.78%。使用拉伸和冲击测试表征层压板的机械性能。实验结果表明，采用WLVB工艺，层合板的强度和模量分别提高了17.4%和16.35%，比吸收能提高了19.48%。

引言

纤维增强聚合物复合材料（FRP）是一种由纤维增强材料和聚合物基体混合而成的高强度材料^1,2,3。由于其密度低、比刚度和强度高、疲劳性能好、耐腐蚀性好等特点，被广泛应用于航空航天⁴、⁵、⁶、建筑^7、8、汽车⁹、船舶^101等行业。常见的合成纤维包括碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维¹²。本文选择玻璃纤维进行研究。与传统钢相比，玻璃纤维增强复合层压板（GFRPs）更轻，密度不到三分之一，但可以达到比钢更高的比强度。

FRP的制备工艺包括真空辅助树脂传递模塑（VARTM）¹³、纤维缠绕（FW）14和预浸料成型，以及许多其他先进的制造工艺15,16,1....

研究方案

1、材料准备

1. 用剪刀剪下八块 300 毫米 x 300 毫米的玻璃纤维编织布。先用胶带粘住切口，以防止纤维丝脱落。
   注意： 在切割织物时，请戴上口罩和手套，以防止手指刺伤和吸入细丝。不仅有玻璃纤维编织物，还有单向织物和其他类型的纤维，如碳纤维和芳纶纤维。
2. 按10：3的质量比称出环氧树脂260g和硬化剂78g。
   注：纤维织物与树脂体系的比例建议为每平方米单层纤维织物360克环氧树脂体系。

2.制造过程

注： 图 1 显示了用于手糊工艺的复合层压板的制造示意图，如第 2 节所示。

1. WLVB型
   1. 将织物放入60°C的烘箱中8小时。
   2. 在亚克力板上粘贴隔离膜，防止树脂粘结。
   3. 将模具放在铺设区域。
   4. 将树脂和硬化剂缓慢混合5min，然后放入真空室中，抽出里面的气泡。
   5. 将无孔离型膜铺在模具上，并用胶带固定。
   6. 在无孔离型膜上铺设一层剥离层。
   7. 倒入环氧树脂，用刮刀将树脂均匀地分布在整个薄膜上。
   8. 铺上第一层纤维织物，用裸辊卷起，确保树脂充分渗入织物，气泡被挤出，然后倒入....

结果

表 1 显示了样品的纤维体积分数、平均厚度和制造工艺。G8-WLVB 和 G8-WL 分别代表了由 8 层玻璃织物组成的层压板，这些层压板分别采用和不采用真空袋工艺，采用湿手糊法制造。显然，在真空袋的辅助下，层压板的纤维体积分数增加了15.78%，平均厚度减少了16.27%。

WLVB和WL试样拉伸试验得到的应变-应力曲线如图 4所示。纵轴显示由力除以横截.......

讨论

本文重点介绍了两种不同的低成本手糊法制造工艺。因此，本文选择了两种制造工艺进行仔细描述，它们更简单、更容易掌握、投资成本较低，并且适合在实验室和小规模工厂进行材料改性生产。在层压板的固化过程中，高固结压力在制造高质量的层压板中起着重要作用。在没有足够外部压力的情况下采用传统的WL工艺会导致树脂体积分数过高。树脂体积大是降低层压板机械性能的主要因素之一?.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
breather fabric	Easy composites	BR180
drop-weight impact testing machine	Instron	9340
Epoxy matrix	Axson Technologies	5015/5015
glass fiber	Weihai Guangwei Composites	W-9311
non-porous release film	Easy composites	R240
Peel ply	Sino Composite	CVP200
perforated released film	Easy composites	R120-P3
test machine	ZwickRoell	250kN
vacuum film	Easy composites	GVB200