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節(jié)纖維纏繞復(fù)合材料制品的檢驗(yàn)
對于纖維纏繞成型的復(fù)合材料制品，一般要注意以下幾方面的檢驗(yàn)。
1、外觀檢驗(yàn)
(1)氣泡：耐腐蝕層表面允許大氣泡直徑為5MM,每平方米直徑不大于5mm的氣泡少于3個(gè)時(shí)，可不予修補(bǔ)，否則，應(yīng)將氣泡劃破修補(bǔ)。
(2)裂紋：耐腐蝕層表面不得有深度0.5mm以上的裂紋。增強(qiáng)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(yīng)光滑平整，增強(qiáng)層的凸凹部分厚度應(yīng)不大于厚度的20%。
(4)返白：耐腐蝕層不應(yīng)有返白處，增強(qiáng)層返白區(qū)大直徑應(yīng)不超過50mm。
2、尺寸檢驗(yàn)
按照圖紙要求，采用合適精度與量程的計(jì)量量具對制品的尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)。
3、固化度和襯里微孔的檢查
①現(xiàn)場檢查
a）手觸復(fù)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(rèn)為制品表面固化不合格。
②呋喃復(fù)合材料固化度簡易檢驗(yàn)
取一試樣浸入盛有少量丙酮的燒杯中，封口，浸泡24小時(shí)，以試樣表面光滑完整，丙酮不變色作為固化的標(biāo)志。
③制品固化度的檢驗(yàn)與測試
通過測試巴氏硬度來間接地考核復(fù)合材料的固化程度，采用巴氏硬度計(jì)，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(fù)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(zhǔn)確測試制品固化度。
④襯里微孔檢測
必要時(shí)，復(fù)合材料襯里采用電火花檢測器或微孔檢測儀進(jìn)行抽樣檢查。
4、制品性能檢測
依據(jù)作業(yè)指導(dǎo)文件要求的測試內(nèi)容和規(guī)定的測試標(biāo)準(zhǔn)對制品熱、物理和機(jī)械性能進(jìn)行測試，為制品的驗(yàn)收提供依據(jù)。
5、無損檢測
必要時(shí)需對產(chǎn)品進(jìn)行超聲波掃描、X射線、CT、熱成像等的無損檢測，準(zhǔn)確分析和判定制品內(nèi)部缺陷。
第二節(jié)制品缺陷分析、控制措施與修復(fù)
1、復(fù)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，甚至能造成表面永久發(fā)粘，制品長期固化不完全等缺陷。因此要保證在相對濕度低于80%的情況下進(jìn)行復(fù)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(dǎo)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(jìn)劑用量不符合要求，因此在配置膠液時(shí)應(yīng)嚴(yán)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(fēng)量不宜太大。
2、制品氣泡太多，其原因如下。
a)趕壓氣泡不徹底，每一層鋪敷、纏繞都要用輥?zhàn)臃磸?fù)滾壓，輥?zhàn)討?yīng)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(shí)，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(qiáng)材料選用不當(dāng)，應(yīng)重新考慮所用增強(qiáng)材料的種類。
d）操作工藝不當(dāng)，應(yīng)根據(jù)樹脂及增強(qiáng)材料種類的不同，選擇適當(dāng)?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(dǎo)致粘接性能差，或固化速度過快、過慢造成。
e)后固化時(shí)，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，都必須徹底鏟除分層部分，并用角向磨光機(jī)或拋光機(jī)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(jìn)行鋪層。
對于以上各種缺陷，不管何種原因，都應(yīng)采取適當(dāng)?shù)霓k法徹底消除，以達(dá)到質(zhì)量要求。
第三節(jié) 典型纏繞復(fù)合材料試件制作與性能測試
復(fù)合材料常常是各項(xiàng)異性材料，其設(shè)計(jì)分析方法與金屬材料不同。復(fù)合材料的各項(xiàng)異性性能導(dǎo)致其與金屬材料性能測試方法的差異。對于傳統(tǒng)材料，設(shè)計(jì)人員在選定材料的同時(shí)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(fù)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(qiáng)材料、工藝條件、存放時(shí)間和環(huán)境有多種因素有關(guān)。
在進(jìn)行復(fù)合材料設(shè)計(jì)工作之前對原材料性能進(jìn)行測試是非常必要的，但還不能說掌握了設(shè)計(jì)所必需的性能數(shù)據(jù)，只能認(rèn)為對原材料的選擇奠定了基礎(chǔ)。目前微觀力學(xué)方法預(yù)測的結(jié)果尚有局限性，只能定性估算。復(fù)合材料構(gòu)件設(shè)計(jì)所需的性能數(shù)據(jù)需要由基本性能試驗(yàn)獲得，這一點(diǎn)對設(shè)計(jì)工作是至關(guān)重要的。
復(fù)合材料性能測試是材料選擇，評價(jià)增強(qiáng)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(shè)計(jì)的依據(jù)。
一、單向纖維復(fù)合材料平板
單向復(fù)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(yàn)表征。為評價(jià)材料性能，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB3354-82、GB3856-83、 GB3356-82、GB3357-82、GB3355-82的具體要求，完成單向纖維復(fù)合材料平板的制作，再將纖維復(fù)合材料平板加工成各項(xiàng)試驗(yàn)方法要求的試樣尺寸和數(shù)量。
1、單向纖維復(fù)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(dǎo)紗輥、繞絲嘴，纏繞到芯模表面（圖8-1),后固化成型。標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)所需試件數(shù)量。制作平板好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(fù)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(shí)，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(tuán)紗的張力，一般以纖維強(qiáng)力的5%-8%為宜，張力應(yīng)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(yīng)均勻地分布在模具表面直至所需厚度，纏繞層數(shù)按下式計(jì)算。
纏繞結(jié)束后，放上、下壓板與厚度墊塊，預(yù)緊螺栓，放置2小時(shí)左右，使多余樹脂流出，均勻上緊螺栓，使模具上、下加壓板與墊塊接觸，用鋒利的刀片切斷芯模兩端的纖維，釋放纏繞張力，避免固化后板翹曲變形。但過早切斷纖維會使纖維排列不直。模具放入烘箱后按照規(guī)定的制度固化，溫度控制精度為士3℃，自然冷卻至室溫，拆開模具，取出制備的平板加了成各種規(guī)格的試樣。
2、試體的加工
單向纖維復(fù)合材料平板制備之后，清除表面灰塵，雜質(zhì)等異物，根據(jù)國標(biāo)要求的試樣尺寸和數(shù)量，考慮到切割刀口寬度，用特種鉛筆在平板上標(biāo)出纖維方向及0度、90度、45度拉伸、壓縮、彎曲試樣加工區(qū)域，用金剛砂輪片在專用銑床上切割試樣，試樣形狀和尺寸參見相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。
3、加強(qiáng)片粘接
加強(qiáng)片用厚度為2-3mm正交鋪層的玻璃纖維復(fù)合材料板或厚度1-3mm的鋁板制作。用鋁板制作加強(qiáng)片時(shí)，加強(qiáng)片表面應(yīng)平整，用砂布打磨去除表面氧化層，并將加強(qiáng)片放在酸處理液中加熱到65度,并放置15min,再用自來水沖洗干凈，然后在105度下烘2小時(shí)，除去水分。處理后的加強(qiáng)片表面切勿用手觸摸。處理液的重量比為硫酸：蒸餾水：重鉻酸鉀＝10：30：1。
粘接加強(qiáng)片之前，用100目砂紙打磨試件表面，擦去表面灰塵，用乙酸乙酯清除脫模劑及表面油垢，在用丙酮清洗一遍試件冰涼干。由于單向復(fù)合材料在纖維方向上的拉伸強(qiáng)度很高，拉伸試驗(yàn)時(shí)加強(qiáng)片容易滑脫，建議選用環(huán)氧618：200＃聚酰胺：二縮水甘油醚：咪唑=100：80：15: 2。試件和加強(qiáng)片涂好粘接劑施加接觸壓力固化。固化制度為：室溫升到60度，保溫2小時(shí)再升溫到120度，保溫8小時(shí)后降溫至室溫。垂直纖維方向的拉伸試件和45度偏拉伸試件的強(qiáng)度較低，可采用常溫膠粘劑。
加強(qiáng)片固化之后，在試件測試部位表面用砂紙打磨，裸露出纖維層，用丙酮、乙酸乙酯處理去除表面油污，畫好測量方向線，采用502膠粘劑粘貼應(yīng)變片，應(yīng)變片粘貼方向與被測材料性能方向一致，膠粘劑固化后即完成試件的制作工作了。
二、NOL環(huán)試樣制作
纖維纏繞成型的高壓容器及固體發(fā)動機(jī)殼體等內(nèi)壓容器在設(shè)計(jì)上通常采用網(wǎng)格理論分析，網(wǎng)格理論忽略基體剛度，載荷全部由纖維承擔(dān)，NOL環(huán)試驗(yàn)方法就是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。
NOL環(huán)試樣通常在專門的小型玻璃鋼纏繞機(jī)上纏繞成型，NOL環(huán)制造有兩種方法：一是在專用組合模具單環(huán)纏繞，二是先纏繞環(huán)向圓筒，然后切制成環(huán)。環(huán)的外表面可以加工，也可以不加工。經(jīng)過加工的環(huán)，其強(qiáng)度高，離散系數(shù)小。不加工的環(huán)，表面凸凹不平，表面樹脂含量高，尺寸偏差大。筒切環(huán)比單個(gè)繞制環(huán)的強(qiáng)度低。這是因?yàn)閺膱A筒上切取環(huán)時(shí)，一些連續(xù)纖維被切斷，降低了環(huán)的承載能力。實(shí)際試驗(yàn)中通常采用單個(gè)繞制的環(huán)。環(huán)的性能與纏繞張力、固化制度、纖維水分含量、纖維表面狀態(tài)、樹脂體系等均有一定關(guān)系，制造時(shí)應(yīng)引起注意。詳細(xì)的試樣制作和測試見GB2578-89; GB1458和GB1461。
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