纖維纏繞制品的檢驗與修復

  纖維纏繞復合材料制品的檢驗

   對于纖維纏繞成型的復合材料制品，一般要注意以下幾方面的檢驗。

  1、外觀檢驗

  （1）、氣泡：耐腐蝕層表面允許氣泡直徑為5MM，每平方米直徑不大于5mm的氣泡少于3個時，可不予修補，否則，應將氣泡劃破修補。

  （2）、裂紋：耐腐蝕層表面不得有深度0.5mm以上的裂紋。增強層表面木得有深度為2mm以上的裂紋。

  （3）、凸凹（或皺紋）：耐腐蝕層表面應光滑平整，增強層的凸凹部分厚度應不大于厚度的20%。

  （4）、返白：耐腐蝕層不應有返白處，增強層返白區(qū)直徑 應不超過50mm。

  2、尺寸檢驗

   按照圖紙要求，采用合適精度與量程的計量量具對制品的尺寸進行檢驗。

  3、固化度和襯里微孔的檢查

  （1）、現(xiàn)場檢查

   a）手觸復合材料制品表面無粘手的感覺。

   b）用干凈棉紗蘸取丙酮放于制品表面觀察，棉紗是否變色。

   c）用手或硬幣敲擊制品發(fā)出的聲音是模糊還是清脆。

    若手感覺發(fā)粘、棉紗變色、聲音模糊，即認為制品表面固化不合格。

  （2）、呋喃復合材料固化度簡易檢驗

    取一試樣浸入盛有少量丙酮的燒杯中，封口，浸泡24小時，以試樣表面光滑完整，丙酮不變色作為固化的標志。

  （3）、制品固化度的檢驗與測試

    通過測試巴氏硬度來間接地考核復合材料的固化程度，采用巴氏硬度計，其型號可以為HBa—1型或GYZJ934—1型，用測得的巴氏硬度換算出近似固化度。固化比較理想的纏繞復合材料制品的巴氏硬度一般為40—55。也可按照GB2576—89的相關(guān)規(guī)定準確測試制品固化度。

  （4）、襯里微孔檢測

    必要時，復合材料襯里采用電火花檢測器或微孔檢測儀進行抽樣檢查。

  4、制品性能檢 測

   依據(jù)作業(yè)指導文件要求的測試內(nèi)容和規(guī)定的測試標準對制品熱、物理和機械性能進行測試，為制品的驗收提供依據(jù)。

 5、損檢測

   必要時需對產(chǎn)品進行超聲波掃描、X射線、CT、熱成像等的無損檢測，準確分析和判定制品內(nèi)部缺陷。

  制品缺陷分析、控制措施與修復

  1、復合材料制品表面發(fā)粘，其主要原因如下：

   a）空氣中濕度大。由于水蒸氣對不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂均有延緩、阻聚的作用，甚至能造成表面發(fā)粘，制品長期固化不等缺陷。因此要保證在相對濕度低于80%的情況下進行復合材料制品的制作。

   b）不飽和聚酯樹脂中石蠟加得太少或石蠟不符合要求而導致空氣中氧的阻聚作用。除加適量的石蠟外，還可以用其它方法（如加玻璃紙或聚醋薄膜）將制品表面與空氣隔絕。

   c）固化劑、促進劑用量不符合要求，因此在配置膠液時應嚴格按技術(shù)文件規(guī)定的配方控制用量。

   d）對于不飽和聚酯樹脂而言，苯乙烯揮發(fā)太多造成樹脂中的苯乙烯單體不足。這一方面要求樹脂膠凝前不能加熱，另一方面環(huán)境溫度不宜太高（通常30攝氏度為宜），且通風量不宜太大。

 2、制品氣泡太多，其原因如下：

  a）趕壓氣泡不，每一層鋪敷、纏繞都要用輥子反復滾壓，輥子應做成環(huán)向鋸齒型或縱向槽型。

  b）樹脂粘度太大，在攪拌或涂刷時，帶入樹脂中的空氣泡不能被趕出。需要加入適量的稀釋劑。不飽和聚酯樹脂的稀釋劑為苯乙烯；環(huán)氧樹脂的稀釋劑可選用乙醇、丙酮、甲苯、二甲苯等非活性或甘油醚類的活性稀釋劑。呋喃樹脂和酚醛樹脂的稀釋劑為乙醇。

  c）增強材料選用不當，應重新考慮所用增強材料的種類。

  d）操作工藝不當，應根據(jù)樹脂及增強材料種類的不同，選擇適當?shù)慕z、涂刷、滾壓角度等工藝方法。

  3、制品的分層現(xiàn)象，原因如下：

  a）纖維織物未做前處理，或處理不夠。

  b）織物在纏繞過程中張力不夠，或氣泡過多。

  c）樹脂用量不夠或粘度太大，纖維沒有被浸透。

  d）配方不合理，導致粘接性能差，或固化速度過快、過慢造成。

  e）后固化時，工藝條件不合適（一般是過早熱固化或溫度過高）。

  無論何種原因造成的分層現(xiàn)象，都必須鏟除分層部分，并用角向磨光機或拋光機打磨掉缺陷區(qū)以外周邊的樹脂層，寬度不小于5cm，然后再按工藝要求重新進行鋪層。

  對于以上各種缺陷，不管何種原因，都應采取適當?shù)霓k法消除，以達到質(zhì)量要求。

   典型纏繞復合材料試件制作與性能測試

   復合材料常常是各項異性材料，其設計分析方法與金屬材料不同。復合材料的各項異性性能導致其與金屬材料性能測試方法的差異。對于傳統(tǒng)材料，設計人員在選定材料的同時就可以根據(jù)材質(zhì)（或牌號）從手冊或廠家提供的材料說明書獲得性能數(shù)據(jù)。復合材與其說是材料不如說是結(jié)構(gòu)更確切，它的性能與樹脂基體、增強材料、工藝條件、存放時間和環(huán)境有多種因素有關(guān)。

   在進行復合材料設計工作之前對原材料性能進行測試是非常必要的，但還不能說掌握了設計所必需的性能數(shù)據(jù)，只能認為對原材料的選擇奠定了基礎(chǔ)。目前微觀力學方法預測的結(jié)果尚有局限性，只能定性估算。復合材料構(gòu)件設計所需的性能數(shù)據(jù)需要由基本性能試驗獲得，這一點對設計工作是至關(guān)重要的。

復合材料性能測試是材料選擇，評價增強材料、樹脂基體、界面性能、成型工藝條件和制造技術(shù)水平，以及制品設計的依據(jù)。

  一、單向纖維復合材料平板

     單向復合材料的彈性性能有0度、90度、45度方向的拉伸、壓縮性能表征，纖維與樹脂之間界面性能由彎曲及層間剪切試驗表征。為評價材料性能，根據(jù)國家標準GB3354—82、GB3856—83、 GB3356—82、GB3357—82、GB3355—82的具體要求，完成單向纖維復合材料平板的制作，再將纖維復合材料平板加工成各項試驗方法要求的試樣尺寸和數(shù)量。

    1、單向纖維復合材料平板的制作

     纏繞法是使從紗架上引出的纖維，依次通過張力器、膠槽、導紗輥、繞絲嘴，纏繞到芯模表面，最后固化成型。國家標準規(guī)定模板尺寸為270mm X 270mm，模板一次可纏繞制作兩塊平板（正反兩面），能夠加工拉伸、壓縮、彎曲、層間剪切等性能試驗所需試件數(shù)量。制作平板用聚四氟乙烯布作為脫模片鋪覆在模具表面，不用脫模劑、防止脫模劑遷移到復合材料表面給粘接鋁片工序帶來困難。用少量硅酯使脫模片鋪覆在模具表面時，能夠很好的展平，避免試件固化后表面不光滑。

     纏繞過程中通過張力控制裝置調(diào)整每團紗的張力，一般以纖維強力的5%—8%為宜，張力應保持穩(wěn)定。纏繞速度不超過30r/min.工藝過程中可使膠槽加熱，降低樹脂粘度，提高樹脂對纖維的浸潤性能。纖維應均勻地分布在模具表面直至所需厚度，纏繞層數(shù)按計算。