多向铺层拉挤FRP薄壁梁成型工艺及弯曲性能研究.pdf

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1、42工程塑料应用2011年，第39卷，第4期多向铺层拉挤FRP薄壁梁成型工艺及弯曲性能研究术江克斌陈立赵启林(解放军理工大学工程兵工程学院，南京210007)摘要采用适当的铺层设计和在模具口加装自主设计的导向装置，并改进拉挤工艺的进丝方法，然后通过拉挤工艺完全采用4-45。纤维缝编毡作为型材腹板的预浸料生产纤维增强复合材料(FRP)薄壁梁，从而使FRP薄壁粱腹板为全±45。铺层结构。随后进行了4种不同铺层结构的FRP梁的对比弯曲试验。结果表明，与全O。铺层的FRP薄壁梁相比，腹板采用±45。铺层的梁的极限承载力提高明显；随着±45。铺层的增加和0。铺层的减少，

2、梁的弯曲弹性模量则有所下降；腹板剪切强度提高之后，腹板剪切破坏不再是FRP薄壁梁的主要破坏形式，局部强度破坏将成为制约梁整体承载力的瓶颈。关键词多向铺层拉挤薄壁梁剪切强度弯曲试验采用拉挤工艺生产纤维增强复合材料(FRP)型目前生产纤维铺层角多向化的FRP型材的方材具有生产效率高、产品性能稳定、单向强度高的特法主要有手糊成型、模压成型、拉挤一缠绕成型和三点，可以连续生产任意长度的型材，适合土木工程领维编织成型等。手糊成型和模压成型的生产效率大域对质量稳定、成本低、高强度的构件的需要】』，大低于拉挤成型，不能满足土木工程的应用需要；拉但拉挤成型制品的不足在于其性能

3、具有明显的方向挤一缠绕成型方法受截面形式和产品用途限制较性。当拉挤FRP薄壁型材作为梁承受横向弯曲荷多，如工字形等开口式截面型材就无法采用此种工载作用时，腹板剪切强度过低往往会成为制约其承艺生产；三维编织成型成本太高，目前仅用于航天等载力的瓶颈，在纵向弯曲应力远未达到其极限值之特殊领域。国外已有人采用少量几层多向纤维毡作前腹板就已发生剪切破坏，制约了其单向强度优为拉挤生产时的预浸料，以此提高型材的横向力学势一。性能』，但要使型材的腹板抗剪性能显著提高，腹理论和实验研究表明，采用±45。铺层角可以提板上±45。纤维必须达到相当高的含量，相应的纤维高FRP材料的剪

4、切强度。这是因为FRP的面毡层数必须较多，这在很大程度上增加了工艺上实内剪切破坏往往首先从树脂开始，由FRP的剪切强现的难度，相关研究成果国内尚未见诸报道。由于度[r]与其剪切模量G之间的关系如式(1)所示。纤维缝编毡具有诸多优点J，因此笔者改进拉挤生[]=G[](1)产工艺，采用多层4-45。缝编毡作为腹板增强材料生式(1)表明在[y]不变的情况下，[r]与G成产小型FRP薄壁梁，并对其进行弯曲实验，研究正比。而FRP单层板剪切模量是单层板铺层角的±45。铺层对FRP梁力学性能的影响。函数，如式(2)所示。1拉挤生产工艺改进1从力学角度出发对型材铺层结构进行

5、优化，决=2(+2+一)cosn。+定型材上下翼缘采用0。纤维铺层，腹板尽量采用7‘--(COS0+sin0)(2)±45。纤维铺层¨⋯。L1．1主要原材料式中：E¨E——分别为单层板的纵向和横向的弹不饱和间苯树脂：P4070，南京帝飞化学有限公性模量；司：1．'TL——?白松比；无捻粗纱、缝编毡：原丝均为E型玻璃纤维G——单层板纵横向剪切模量；(GF)，其单丝直径11～l3m，无捻粗纱规格为纤维铺层角。4800tex，缝编毡规格分别为E—DBL600一l0和E对于常见的复合材料力学参数有()⋯=—DB450—5，常州圣戈班宏发技术材料有限公司。G±45。=—

6、_L一E+E+2Er。t3y．当0虫J,J±!45。方刀[Dj时日，’，国家自然科学基金项目(50608069)FRP的剪切强度最大。收稿日期：2011—02—14江克斌，等：多向铺层拉挤FRP薄壁梁成型工艺及弯曲性能研究43缝编毡的部分物理力学性能参数见表1，缝编度，减少模具口对增强材料的剪力和两者相互之间毡组成见表2。的磨损。表1缝编毡的部分物理力学性能参数(3)通过压力增强各层缝编毡之间的接触和粘项目拉伸弹性模拉伸强度／泊松比密度／聚，减少分层的可能性。量／GPaMPag。em不饱和间苯树脂3．1761．2E型GF72．33400O．222．58边纱L表

7、2缝编毡组成g／m缝编毡规格0。纤维+45。纤维一45。纤维总计E—DBIoo—lO225225450E—DB45O一53ool5015O60HO中螺栓孔1．2主要设备和仪器复合材料拉挤生产线及模具：BLG180X110型履带式，模具型腔尺寸为18mmX50mm×4．5mm图1导向装置的工字形，采用三段式加热法加热固化，山东章丘大其次，综合考虑型材的力学性能和生产工艺，设众设备厂；计如图2所示的型材铺层结构。万能试验机：WEW一300KN型，量程30t，济南恒思盛大仪器试验机有限公司。1．3设备改进与型材铺层设计无在生产实践中发现，在拉挤过程中采用全缝编毡作为

8、腹板增强材料存在以下技术困难。(1)增