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连续碳纤维增强金属基复合材料增材制造工艺

浙江大学学报（工学版） 2021年第11期55卷 2084-2090页

作者：杨立宁张永弟王金业常宏杰杨光河北科技大学机械工程学院河北石家庄050018

针对连续碳纤维增强金属基复合材料增材制造工艺开展系统性实验探索,研究结果表明:在对碳纤维进行表面改性后,可以实现打印过程中熔融金属基体与碳纤维的良好浸润复合;送丝速度对单道沉积路径表面质量、路径宽度及其纤维体积分数影响较... 详细信息

针对连续碳纤维增强金属基复合材料增材制造工艺开展系统性实验探索,研究结果表明:在对碳纤维进行表面改性后,可以实现打印过程中熔融金属基体与碳纤维的良好浸润复合;送丝速度对单道沉积路径表面质量、路径宽度及其纤维体积分数影响较大,当送丝速度为4 mm/s时,沉积路径表面质量较好,路径宽度约为1.5 mm,碳纤维体积分数约为3.43%;沉积路径搭接率对打印单层表面质量影响较大,当搭接率为50%时,单层表面质量较好;基于优化后的实验参数,实现了连续碳纤维增强金属基复合材料薄壁件以及拉伸样件的直接增材制造,薄壁件内碳纤维与金属基体形成了较好结合,而且连续碳纤维对于复合后材料的抗拉强度起到了显著增强作用.

关键词：增材制造金属基复合材料连续碳纤维锡铋合金三维直写

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连续碳纤维增强尼龙复合材料的3D打印研究

塑料工业 2024年第4期52卷 89-96页

作者：冯嘉伟费国霞夏和生王占华余文柏四川大学高分子研究所高分子材料工程国家重点实验室四川成都610065 重庆大学建筑规划设计研究总院有限公司重庆400045

连续碳纤维增强复合材料具有高强度、刚性、耐磨、耐高温和轻量化等优点,适用于需要高性能且轻量化的领域。将三维(3D)打印技术用于制备连续碳纤维增强复合材料则具有更高效、低成本、高材料利用率和灵活生产等优势。本文开展了连续碳... 详细信息

连续碳纤维增强复合材料具有高强度、刚性、耐磨、耐高温和轻量化等优点,适用于需要高性能且轻量化的领域。将三维(3D)打印技术用于制备连续碳纤维增强复合材料则具有更高效、低成本、高材料利用率和灵活生产等优势。本文开展了连续碳纤维增强尼龙复合材料的3D打印研究,研究了挤出宽度、层厚、打印温度对打印材料拉伸性能以及弯曲性能的影响,并探究了退火后处理对材料力学性能的影响。使用扫描电子显微镜(SEM)观察了3D打印样品的切割横截面和拉伸断裂失效横截面,在不同工艺参数条件下,分析和讨论了打印样品和后处理打印样品的内部结构和力学性能之间的关系。结果表明,当挤出宽度为0.65 mm时打印样品力学性能最佳,拉伸强度和拉伸模量为501.51 MPa和31.70 GPa,弯曲强度和弯曲模量为164.53 MPa和31.91 GPa;当层厚为0.1 mm时打印样品力学性能最佳,拉伸强度和拉伸模量为520.78 MPa和36.59 GPa,弯曲强度和弯曲模量为168.43 MPa和32.31 GPa,之后力学性能随着层厚的增加而减小。打印温度对打印样品的力学影响较小。退火后处理对打印样品的力学性能具有一定的优化效果,拉伸强度提升效果有3.07%,弯曲强度提升了51.27%。

关键词：连续碳纤维复合材料尼龙三维打印工艺参数退火力学性能

连续碳纤维增强热塑性复合材料制备与应用研究进展

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中国塑料 2022年第7期36卷 165-173页

作者：冯冰涛王晓珂张信孙国华汪殿龙侯连龙马劲松河北科技大学材料科学与工程学院河北省柔性功能材料重点实验室石家庄050018

综述了国内外连续碳纤维增强热塑性复合材料(CCFRP)的制备和应用的研究进展,主要对CCFRP的界面改性方法、浸渍工艺和成型工艺进行了介绍,同时也介绍了其应用的状况,对CCFRP的发展前景进行了展望。

关键词：连续碳纤维热塑性复合材料工艺应用进展

连续碳纤维增强金属基复合材料研究进展及展望

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复合材料科学与工程 2022年第10期 119-128页

作者：成小乐彭耀杨磊鹏吕树婷张栋李玉谢旺西安工程大学机电工程学院西安710000 西安市现代智能纺织装备重点实验室西安710000

连续碳纤维增强金属基复合材料具有轻质、高比强度、高比模量、耐腐蚀、抗拉伸等优良的综合性能,在新材料领域发展迅速,应用广阔。本文对连续碳纤维增强镁基、铝基、镍基、铜基复合材料的研究进展进行了综述,指出了目前各自存在的最主... 详细信息

连续碳纤维增强金属基复合材料具有轻质、高比强度、高比模量、耐腐蚀、抗拉伸等优良的综合性能,在新材料领域发展迅速,应用广阔。本文对连续碳纤维增强镁基、铝基、镍基、铜基复合材料的研究进展进行了综述,指出了目前各自存在的最主要问题是界面问题并对关键技术难点给出相应的研究思路,如可以从纤维涂层研究、纤维与基体界面反应等方面入手,以及加强该领域复合材料损伤机理研究。提出激光增材制造连续碳纤维增强金属基复合材料的工艺新思路,并进行了工艺研究现状论述和初步实验探索。最后指出先进制造技术对比传统工艺,在降低复合材料制备成本、改善界面强度、增加零件结构复杂度方面具有优势。

关键词：连续碳纤维金属基复合材料研究进展激光增材制造先进制造

连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料的3D打印工艺及性能研究

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硅酸盐通报 2022年第7期41卷 2494-2501页

作者：刘陶欣鲍崇高董文彩马海强鲁文奇西安交通大学国家金属强度重点实验室西安710049

针对连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料3D打印成型工艺的技术难题,本文提出了浸渍-原位预固化-后固化的3D打印成型方案,实现了连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料的3D打印成型,并研究浸渍温度对酚醛树脂接触角与表面张力,以及打... 详细信息

针对连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料3D打印成型工艺的技术难题,本文提出了浸渍-原位预固化-后固化的3D打印成型方案,实现了连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料的3D打印成型,并研究浸渍温度对酚醛树脂接触角与表面张力,以及打印工艺对样件形貌和力学性能的影响规律。结果表明:当浸渍温度为40℃,预固化温度为180℃时,纤维-树脂界面结合效果最佳,原料具备成型条件;当打印间距为0.5 mm时,样件的弯曲强度及模量达到最大值,分别为660.00 MPa和57.99 GPa,层间剪切强度达到20.14 MPa。此连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料一体化制备工艺解决了3D打印热固性树脂原位成型难的问题,为制备具有复杂结构的连续纤维增强热固性树脂复合材料提供了参考。

关键词： 3D打印连续碳纤维热固性酚醛树脂复合材料打印参数力学性能

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连续碳纤维3D打印的路径规划研究进展

复合材料科学与工程 2023年第9期 112-120页

作者：张荣耀钱波刘钢上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201600

近年来,随着3D打印技术的发展,一些复杂几何形状复合材料结构能够有效制造出来,从而拓展了复合材料的应用范围。路径规划是3D打印制造过程中的关键技术之一,由于连续碳纤维各向异性的特点,不同的打印路径对成型件力学性能和成型效率有... 详细信息

近年来,随着3D打印技术的发展,一些复杂几何形状复合材料结构能够有效制造出来,从而拓展了复合材料的应用范围。路径规划是3D打印制造过程中的关键技术之一,由于连续碳纤维各向异性的特点,不同的打印路径对成型件力学性能和成型效率有很大的影响。本文主要讲述了适用于连续碳纤维3D打印中面内非交错打印和基于载荷的路径规划。最后指出了3D打印路径规划的研究重点和发展方向。

关键词：连续碳纤维路径规划 3D打印复合材料

连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸带制备方法及性能研究

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连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸带制备方法及性能研究

作者：陈宇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

热塑性复合材料(FRTP)因其优异的抗冲击性能、耐疲劳性能、耐热与耐久性能,以及成型时间短、可二次加工等优点,正逐渐取代热固性复合材料(FRSP)应用于恶劣服役环境下的土木工程领域。连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)具有出色... 详细信息

热塑性复合材料(FRTP)因其优异的抗冲击性能、耐疲劳性能、耐热与耐久性能,以及成型时间短、可二次加工等优点,正逐渐取代热固性复合材料(FRSP)应用于恶劣服役环境下的土木工程领域。连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)具有出色的抗溶剂性、耐摩擦性、耐高温性及生物相容性,被广泛应用于航天、医疗、汽车等领域。但是PEEK树脂黏度极高,在制备过程中很难实现对纤维良好的浸渍。此外,国外在CF/PEEK制备技术方面对我国长期封锁限制了我国对先进CF/PEEK复合材料的规模化生产与应用。本文建立了连续碳纤维增强PEEK预浸带熔融浸渍理论模型,从试验原材料、工艺参数、制备设备三个角度对CF/PEEK预浸带进行了三次优化制备,制备出浸渍度在95%左右的预浸带,满足工程应用需要。基于牛顿流体和达西定律建立了连续碳纤维增强PEEK预浸带熔融浸渍理论模型,定量研究了树脂黏度、纤维束张力、纤维束厚度、浸渍辊轮数目、浸渍辊轮间距、浸渍辊轮半径对浸渍度的影响规律。研究结果表明,预浸带浸渍度随树脂黏度、纤维束厚度、浸渍辊轮间距的增加而降低,随浸渍辊论数目、纤维束张力、辊轮半径的增加而提高。其中纤维束厚度、浸渍辊轮间距对浸渍度影的影响较为显著。相比之下,浸渍辊数量、纤维束张力及辊轮半径对浸渍度的影响较小。实验定性研究PEEK树脂粘度对预浸带浸渍度的影响,同时采用Taguchi正交方法研究工艺参数对预浸带各项性能的影响规律。研究结果表明,当PEEK树脂熔融指数提高8倍,预浸带孔隙率降低46%。利用Taguchi方法分析得到的最优工艺参优化制备的预浸带纤维质量分数达到55%,较工艺参数优化前提升了8%。在理论与实验获得优化的工艺参数基础之上,重新优化设计浸渍模具进行了第三次优化制备。通过延长浸渍时间及加大浸渍压力来提高浸渍质量。利用改进浸渍模具制备的预浸带孔隙率在3%～5%,浸渍度为95%左右,纵向拉伸强度达到2400MPa,较浸渍模具改进前,孔隙率降低了50%,浸渍度与纵向拉伸强度分别提高了5%与40%。

关键词：连续碳纤维 PEEK 浸渍理论模型优化制备

连续碳纤维增强杂萘联苯共聚芳醚砜复合材料的制备及力学性能

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高分子材料科学与工程 2015年第3期31卷 158-162,168页

作者：刘新宇刘锐程圣利王锦艳蹇锡高大连理工大学高分子材料系辽宁大连116024 辽宁省高性能树脂工程技术中心辽宁大连116012

以含二氮杂萘酮联苯共聚芳醚砜(PPBES)为树脂基体,连续碳纤维T700-12K为增强材料,采用溶液浸渍和模压成型的方法制备出单向复合材料。通过对复合材料样条进行三点弯曲以及短梁剪切力学性能测试,考察了复合材料纤维体积分数、模压成型温... 详细信息

以含二氮杂萘酮联苯共聚芳醚砜(PPBES)为树脂基体,连续碳纤维T700-12K为增强材料,采用溶液浸渍和模压成型的方法制备出单向复合材料。通过对复合材料样条进行三点弯曲以及短梁剪切力学性能测试,考察了复合材料纤维体积分数、模压成型温度、成型压力及保压时间对复合材料弯曲强度、模量及层间剪切强度的影响。分别测试了复合材料在干态及湿态下的高温力学性能的变化规律。结果表明,当复合材料纤维体积分数为63%,模压成型温度为350℃,成型压力为4 MPa,保压时间为20 min时,复合材料的力学性能最佳。动态热机械性能测试结果表明复合材料在230℃之前,储能模量保持稳定。而水煮48 h后复合材料的吸水率为0.3%。

关键词：二氮杂萘酮联苯共聚芳醚砜连续碳纤维复合材料高温力学性能

3D打印连续碳纤维/聚醚酮酮复合材料工艺及其性能调控

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复合材料学报 2023年第9期40卷 5070-5084页

作者：周子彦范天翔张慧颖吴杰陈烨王华平东华大学材料科学与工程学院纤维材料改性国家重点实验室上海201620 东华大学产业用纺织品教育部工程研究中心上海201620

以高热性能热塑性树脂−聚醚酮酮(PEKK)为基体与连续碳纤维(CCF)进行原位浸渍3D打印,制备连续碳纤维/聚醚酮酮复合材料(CCF/PEKK),并系统研究了3D打印工艺参数中分层厚度、流量比、打印温度及成型方向对复合材料内部结构、基体结晶、表... 详细信息

以高热性能热塑性树脂−聚醚酮酮(PEKK)为基体与连续碳纤维(CCF)进行原位浸渍3D打印,制备连续碳纤维/聚醚酮酮复合材料(CCF/PEKK),并系统研究了3D打印工艺参数中分层厚度、流量比、打印温度及成型方向对复合材料内部结构、基体结晶、表面质量及力学性能等方面的影响。通过扫描电子显微镜观察3D打印CCF/PEKK的微观结构,采用X射线衍射分析复合材料中基体的结晶性能,使用超景深显微镜观察分析3D打印CCF/PEKK的表面形貌,同时对复合材料进行弯曲性能和层间剪切性能测试。结果显示:当分层厚度为0.2 mm、流量比为85%、打印温度为395℃,并使用水平成型方向时,3D打印CCF/PEKK复合材料的综合性能最优,其中弯曲强度达302.0 MPa,层间剪切强度达24.1 MPa。CCF/PEKK的弯曲强度较3D打印纯PEKK提升194%,层间剪切强度较工艺调控前提升113%。表明在未使用任何附加优化手段的情况下,3D打印CCF/PEKK具备制造复杂结构工程零部件的潜力。

关键词： 3D打印连续碳纤维聚醚酮酮弯曲性能层间剪切