碳纖維增強復合材料織物結構對分層的影響

性能分析與控制

碳纖維增強復合材料織物結構對分層的影響

在汽車工業中，碳纖維增強復合材料（CFRP）的使用不僅能夠減輕汽車質量，而且可在汽車裝飾件中使用。不同種類織物結構的CFRP表面有不同的視覺效果，然而，在剪切工件的邊緣時，需要工件具有高水平的表面品質。

針對CFRP工件的加工，首次研究了其織物結構的纖維起伏與分層之間的相關性。為了分析纖維起伏的影響，使用多晶金剛石刀具通過多個槽銑加工工序將CFRP銑削成平紋組織結構。通過在相對于纖維走向稍微傾斜的方向上進行銑削來修正材料邊緣與織物纖維波形的相對位置。然后，測量由修正邊緣造成的表面損傷和纖維突出的情況。為了識別出材料表面樹脂層厚度和纖維起伏角，采用層壓體的斷層攝影技術進行測量。建立了纖維最大突出的理論模型。仿真模擬表明:①纖維起伏角和表面樹脂層厚度的不同組合會導致不同分層情況的發生；②刀具的幾何形狀對材料表面的分層影響不明顯。

通過研究修正材料邊緣位置對織物分層的影響，得出如下結論：①纖維定向角為90°；②與非卷曲織物不同，織物纖維的起伏導致材料表面樹脂層厚度的變化，最終導致不同類型（纖維突出和表面損傷）和數量的分層；③纖維突出的最大長度總是小于刀具直徑的1/2，當纖維突出達到最小值時，經銑削的邊緣和下個交叉纖維之間的距離達到最大；④明顯的表面損傷只發生在中性和負起伏角度，在正起伏角度時，能夠增強支撐作用來防止材料表面樹脂層進一步的裂紋擴展；⑤通過使用不同直徑和螺旋角的刀具進行銑削，驗證了刀具幾何形狀對纖維起伏影響非常小。

刊名：Journal of Materials Processing Technology（英）

刊期：2015年第216期

作者：Wolfgang Hintze et al

編譯：孫堅