试验用单向纤维增强塑料平板的制备

本标准适用于缠绕法和真空袋-热压罐法制备试验用单向纤维增强塑料平板。 1 缠绕法 缠绕法是采用浸有树脂的纤维在芯模上连续缠绕至所需的层数，然后通过压板加压并进 行固化，一次得到两块试验用平板。每块板的尺寸以270mm×270mm为宜。 11 设备 111 缠绕机。它由纱架、张力控制装置、胶槽、环向缠绕驱动机构等部分组成(干法缠 绕时不需要胶槽)。 1111 纱架。用于安放纤维纱团，可立放也可卧放。卧放时，纱团轴要有一定的制动 力，避免纱团松脱。 1112 张力控制装置。一般可采用机械磨擦法或电磁力法。在整个缠绕过程中，张力 应保持稳定。一般为纤维极限强度的5~8%。 1113 胶槽。胶槽应附有恒温装置。主要由入口导向辊、出口绕丝嘴、胶槽内导辊等 部分组成。示意图见图1。 1114 驱动机构。能使纤维均匀平行地布满芯模表面。其转速为030r/min。纱片宽 度应为1～3mm。 112 模具。缠绕具由钢芯模和两块压板组成。模具的尺寸及技术要求如图2a、2b、2c 所示。 113 烘箱或压机。烘箱或压机要具有能满足固化要求的温度控制装置，温度控制精度 为±℃。 12 制备步骤 121 将纤维按规定环境条件进行状态调节。 122 选定纱片宽度。调整缠绕机，按式(1)计算缠绕层数。 Vf·σf·t·b N=———————×105………………………………………(1) Y 式中：N——缠绕层数； Vf——纤维增强塑料板的纤维体积含量。%； σf——纤维密度，g/cm3; t——板厚，cm； b——纱片宽度，cm; Y——纤维束的线密度，g/km。 注：纱片宽度是指芯模旋转一周，纱片沿轴向前进的距离。 123 将涂有脱模剂或铺上脱模片的芯模安装在缠绕机的芯轴上。 124 调节芯轴的温度使之与胶液的温度相近，最大温差不得超过±5℃。 125 将胶液注入胶槽，调节胶液至规定温度。 126 从纱架上引出纤维端头，并使其依次通过胶槽的辊子、张力控制装置、丝嘴、最 后固定到芯模上。 127 调节张力控制装置，使纤维张力满足缠绕工艺的要求。 128 缠绕至规定层数，并在旋转装态下烘烤，使胶液均匀浸透纤维。 129 把缠好的平板连同芯模放在两加压板之间，在四个角位放置控制厚度的垫块。采 用压机固化时，将其直接放入压机，加压使使模具上、下加压板与垫接接触，然后用锋利的 刀在芯模两端切断纤维。采用烘箱固化时，用螺栓紧固加压，使上、下加压板与垫块接触， 然后再在芯模两端切断纤维，放入烘箱。 1210 按规定的温度和时间固化。 1211 自然冷却至室温化，拆开模具，取出平板。将模具和脱模片擦净，以备再用。 1212 对取出的平板进行修整，在垂直于纤维边缘上切去15mm。 2 真空袋-热压罐法 真空袋-热压罐法是将一定数量的预料和各种工艺辅助材料铺迭组合构成真空袋系统，在 热压罐内于适当的温度和压力下固化成型400×400mm的板材。真空袋系统各材料的组合如图 3所示。 21 设备 211 热压罐。热压应满足下列要求： a具有能满足固化制度的控温系统。一般控温能力应不低于200℃。控温精度为±℃。 b具有能满足固化制度的热压系统。一般控压能力不低于7kgf/cm2。控压精度为±02k gf/cm2。 212 真空系统。真空系统应使热压罐真空袋内真空度至少能达到700mmHg。 22 工艺辅助材料 所用工艺辅助材料应满足固化条件要求。 221 裁切型板。 裁切型板为400mm×400mm硬铝板，板上应标有纤维裁切方向。 222 真空袋材料。可采用气球布、1～2mm厚的橡皮片或005厚的尼龙薄膜。 223 真空袋材料。可采用粗玻璃布或合成纤维毡。 224 金属上压板。可采用厚度为165～20mm，大小为400mm的铝板。板上均布直径不 大于2mm的孔，其密度为每平方米200~250孔。 225 有孔隔离层。可采用有孔聚四氟乙烯玻璃布或有孔防粘的塑料薄膜。 226 有孔脱模布。可采用01mm厚的有孔聚四氟乙烯玻璃布。 227 吸胶材料。可采用010～020mm厚的玻璃布或滤纸。 228 隔离薄膜和脱模剂。隔离薄膜可采用不透胶的聚四氟乙烯玻璃布或防粘塑料薄膜 。脱模剂可采用硅脂。 229 金属底模板。可采用厚度为15～2.0mm，大小为430mm×430mm的铝板。 2210 周边档条。其长为400mm,宽为5～10mm，厚度依所制板材的厚度而定。可采用经 硫化或未硫化的像胶条。 2211 周边密封条。可采用宽为20～30mm的压敏胶带。 2212 密封胶条。可采用密封橡胶腻子条，如XM-37。 23 制备步骤 231 从低温箱中取出预浸料密封袋，置于温度23±2℃，温度55±5%的环境下，按以下 规定进行状态调节：袋内预浸料不超过1kg者，至少放置1h;超过1kg者，至少放置2h，方向 启封。 232 按裁切型板裁切400mm×400mm的预浸料。预浸料层数按式(2)计算： t·σf·Vf Na=—————……………………………………………(2) Gpf 式中：Na——预浸料层数； t——板材厚度，cm; σf——纤维密度，g/cm3; Vf——纤维增强塑料板的纤维体积含量，%； Gpf——预浸料单位面积纤维重量，g/gm2。 233 将切好的预浸料逐层按规定方向铺放在一起，角度方向误差不得大于±1°。铺好 后，称取预浸料坯料重量。 234 将金属底模板和上压板涂以脱模剂。 235 按式(3)计算吸胶材料层数： 式中：Nb——吸胶材料层数； Gb——预浸料迭层重量，g； A——纤维增强塑料平板面积，cm2； σr——树脂基体密度，g/cm3； σf——纤维密度，g/cm3； Gb——吸胶材料单位面积吸胶量，g/cm2。 其余符号Na、Gpf、Vf同式(2)。 计算结果，修约至整数。 236 按上述计算结果剪裁所需数量的吸胶材料。吸胶材料尺寸为400mm×400mm。 237 将预浸料坯料及有关辅助材料按如下顺序组合： a在金属底模上放隔离薄膜。 b预浸料坯料上、下表面各铺一层有孔脱模布。 c在底模板隔离薄膜上放置吸胶材料，数量为其总层数的一半。再将附有有孔脱模布浸 料放在吸胶材料上，然后再放置另一半层数的吸胶材料。当吸胶总层数为奇数2n+1时，可在 预测浸料上侧放n+1层。同时，在预浸料迭层周边铺设周边档条。 d依次放置有孔隔离层和有孔金属上压板。 e在上压板周边和底模板之间，粘贴周边密封带。 238 将上述组合件放入热压罐中的金属基板上，按图3铺放透气材料、真空袋材料和密 封胶条，构成真空袋系统。 239 按预浸材料技术规定的固化制度固化。 2310 固化后，在压力下随罐冷却到室温。将组合件移出热压罐，取出纤维增强塑料平 板。每边切去15mm。 3 检验 31 按GB 1556《纤维增强塑料试验方法总则》的有关规定对平板进行对外检查。 32 测定四边的长度，准确到0.5mm。 33 在每个角离边25mm处及板材中心处测量厚度，准确到001mm。 34 称取板材重量，准确到01g，修约至正整数。 4 试验报告 报告应包括下列内容： a平板制备单位和日期； b平板的外观、尺寸、厚度、重量、缠绕层数(指缠绕法)、预浸料层数(指真空袋-热 压罐法)和纤维体积含量； c纤维类型； d胶液类型和固化制度； e对于真空袋-热压罐法，还应写明预浸料的牌号、规格、来源和批号； f其他说明。 ——————————— 附加说明： 本标准由国家建筑材料工业局和中华人民共和国航空工业部提出，上纤维增强塑料标准 化分技术委员会归口。 本标准由国家建筑材料工业局哈尔滨玻璃钢研究所、航空工业部航空材料研究所共同负 责起草。 本材料主要起草人王秉权、杨荫萍、焦叙旗(缠绕法)；张和善(真空袋-热压罐法)。