了解碳纖維增強樹脂基復合材料的絲束擴展技術
絲束鋪展是近在復合材料行業中使用的先進技術之一。本系列文章將討論碳纖維展絲技術背景、特點、主要展絲技術類型及其在高性能碳纖維增強聚合物 (CFRP) 復合材料中應用案例。
1、Oxeon纖維展絲技術:
2014年一家名為Oxeon的瑞典公司開發了一種商業上被稱為“TeXtreme”的展絲技術。目前尚缺乏關于Oxeon用于展絲技術的詳細信息。Oxeon鋪絲是通過將所需纖維的絲束擴展成具有一定面積重量和寬度的UD帶(見圖1)中來生產的。

絲束的鋪展在能夠保持寬度一致性的同時,可生產出極低面積重量的UD膠帶。所生產的兩種分散式UD膠帶比傳統的碳纖維膠帶薄得多,并且在同一區域填充了更多的材料,從而產生了更好的機械性能。
利用Oxeon技術生產的展絲帶(spread tow tapes,STT)通過交織所需纖維的展絲絲束帶來生產展絲絲束織物(STF)(圖2),從而獲得幾乎不卷曲的纖維直向織物,其結果是增強了交叉鋪層UD的機械性能,并易于處理織物。
Oxeon技術適用于以任何角度的編織膠帶,這種方法通過以不同角度+α/-β(例如+45/-45、+30/-60、+50/-25等)交織兩組展開的絲束帶,實現新型織物的連續長度生產。
2、Harmoni氣流纖維展絲技術:
實現超輕復合材料的一種新氣動方法被稱為“展絲牽引技術”,它通過將牽引寬度從5mm增加到25mm,傳統的12k CF牽引(即由12000根細絲組成)變薄,從而將單位面積重量減少約500%。該方法是由福井縣工業技術中心與Harmoni合作開發的。

常規絲束的碳纖維穿過一個展絲攤鋪系統,該系統配有一個風道和一個真空裝置,該真空裝置通過風道向下吸入空氣,風道由導輥控制到位。在真空的幫助下,絲束向氣流方向向下下垂,從而失去張力,并導致瞬間處于無張力狀態,此時帶有熱空氣的前后振動展絲裝置打開并均勻地擴展絲束。流體速度由空氣流量調節器控制,以避免在展絲過程中損壞碳纖維。終,通過這種空氣動力學方法,纖維束可以簡單而安全地展開,然后用展開的纖維束制作薄層層板。
當空氣在絲束兩側流動時,靠近和遠離絲束的氣流速度差會導致這些位置的壓力差。如左邊的圖6所示,絲束附近的壓力大于較遠絲束的壓力。壓差產生一種空氣動力,幫助長絲纖維瞬間失去張力。當絲束開始擴展時,氣流在絲束之間流動,以幫助絲束擴展。










































