據(jù)compositesworld網(wǎng)站2019年5月14日刊文，航空航天和汽車行業(yè)都對(duì)使用熱塑性預(yù)浸帶的應(yīng)用感興趣，其成品件的質(zhì)量受到層壓板原料質(zhì)量的顯著影響。雖然熱塑性預(yù)浸帶已經(jīng)使用了數(shù)十年，但隨著許多應(yīng)用尋求在原位進(jìn)行固化而不是進(jìn)一步施加壓力或熱量，對(duì)質(zhì)量的要求日益嚴(yán)格。法國(guó)工程和先進(jìn)制造業(yè)研究與技術(shù)組織Cetim已經(jīng)開發(fā)出一種用于這些材料質(zhì)量保證的系統(tǒng)，提高了成品件的質(zhì)量控制。
·原位固化所需的膠帶質(zhì)量
Cetim開發(fā)了多種生產(chǎn)熱塑性復(fù)合材料零件的技術(shù)。一種包括用于熱塑性預(yù)浸帶的激光纖維纏繞機(jī)。該機(jī)床的目標(biāo)是制造罐和管類應(yīng)用，迄今為止，這些應(yīng)用僅限于金屬和熱固性復(fù)合材料。
這種熱塑性纏繞工藝基于與熱固性纖維纏繞相同的概念，但具有不同的原位固化步驟。對(duì)于熱塑性復(fù)合材料，激光——例如與熱塑性預(yù)浸帶的自動(dòng)絲束鋪放(AFP)一起使用的激光——加熱帶的特定區(qū)域以將熱塑性基體加熱至其熔點(diǎn)。在這個(gè)熔化溫度區(qū)間中，通過(guò)滾筒施加壓力使基體熔化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)帶的固化。在纏繞期間，零件的連續(xù)層被堆疊和固化。
然而，正如業(yè)界在過(guò)去十年中在自動(dòng)鋪放方法的開發(fā)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的那樣，為了生產(chǎn)具有可靠特性和性能的零件，有必要了解這些熱塑性帶的熱和物理化學(xué)行為。例如，膠帶必須具有恒定的尺寸和非常低的孔隙率，以避免在施加期間的溫度波動(dòng)，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致層之間的不良固化。
因此，為了成功開發(fā)熱塑性復(fù)合材料工藝并有效評(píng)估原位固化零件的質(zhì)量，Cetim在整個(gè)制造周期內(nèi)制定了四種質(zhì)量保證檢查措施：尺寸的(已接收)，熱的(已加熱)，在線的(已固化)以及在固化后將預(yù)浸帶層剝離所需的能量。
·尺寸控制
首次檢查在使用前進(jìn)行。其目的是快速評(píng)估長(zhǎng)度方向上的預(yù)浸帶的厚度和寬度。測(cè)試機(jī)器配備有激光器、用于捕獲反射激光信號(hào)的攝像頭和用于測(cè)量展開的預(yù)浸帶長(zhǎng)度的傳感器。檢查過(guò)程包括將從出廠的卷軸上的帶展開到空的卷軸上。在此過(guò)程中，激光器和攝像頭提供光在跨預(yù)浸帶寬度及其完整測(cè)量長(zhǎng)度上的數(shù)據(jù)。處理軟件解釋數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)顯示沿x軸的帶寬度和沿y軸的帶厚度的變化圖。這使得我們可以直觀地發(fā)現(xiàn)寬度或厚度缺陷，并且機(jī)器軟件在超出尺寸公差時(shí)自動(dòng)顯示警報(bào)。在測(cè)試完成之后，很容易檢索帶寬度和厚度變化的數(shù)據(jù)，并且還可以應(yīng)用統(tǒng)計(jì)處理。
·熱和顯微控制
第二項(xiàng)檢查評(píng)估影響加熱過(guò)程中預(yù)浸帶熱行為的缺陷(在這種情況下，通過(guò)激光)，包括尺寸變化纖維與基體之間的粘附/分層孔隙率和制造前的表面狀況。該技術(shù)在低功率激光器前滾動(dòng)預(yù)浸帶并使用熱攝像頭捕獲所產(chǎn)生的溫度變化圖像。通過(guò)加熱中的這些不均勻性識(shí)別缺陷區(qū)域，因?yàn)榭紫堵?、干纖維或表面粗糙度改變局部熱行為。在數(shù)據(jù)處理之后，可以獲得顯示預(yù)浸帶熱響應(yīng)的空間表達(dá)圖像，包括偏差，其中紅色表示更暖的區(qū)域，藍(lán)色表示比想要的處理溫度更冷的區(qū)域。
還可以顯示處理時(shí)間(x軸)與帶溫度(y軸)的關(guān)系圖。 Cetim將這些結(jié)果與預(yù)浸帶片段的顯微照片的孔隙率測(cè)量結(jié)果相關(guān)聯(lián)。這些是在收到的預(yù)浸帶片段和/或在數(shù)字顯微鏡下觀察的成品件的片段，提供定性信息，例如纖維分布、特定類型的缺陷、孔隙率等。雖然有助于建立預(yù)浸帶溫度響應(yīng)和零件質(zhì)量之間的相關(guān)性，但這些顯微檢測(cè)是昂貴的、破壞性的，只允許逐段分析預(yù)浸帶，而不是在整個(gè)長(zhǎng)度上連續(xù)分析。
不過(guò)，Cetim完成了這項(xiàng)研究工作，將預(yù)浸帶溫度響應(yīng)測(cè)試的結(jié)果與顯微片段的結(jié)果相關(guān)聯(lián)。 這些結(jié)果表明了對(duì)熱塑性預(yù)浸帶進(jìn)行大量控制的有效性，并且正在開發(fā)更高效的數(shù)據(jù)處理方法。
·在線控制
該控制包括在制造過(guò)程中，直接在線確定所生產(chǎn)的零件是否符合要求。這項(xiàng)操作基于對(duì)基本制造參數(shù)的直接監(jiān)測(cè)，例如測(cè)量的溫度、激光功率、預(yù)浸帶速度和預(yù)浸帶上的輥壓力。數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理讓制造質(zhì)量可視化和自動(dòng)合成。
CETIM開發(fā)了一個(gè)儀表板，可概述整個(gè)制造過(guò)程中的工藝參數(shù)。使用MATLAB軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并可實(shí)現(xiàn)閾值警報(bào)，以及放大超出范圍的區(qū)域從而分析偏差的起源(例如，預(yù)浸帶質(zhì)量、幾何不匹配或機(jī)床故障)。
據(jù)說(shuō)這種方法對(duì)于監(jiān)測(cè)具有簡(jiǎn)單幾何形狀的零件(例如板、管或環(huán))的生產(chǎn)特別有效；但是，對(duì)復(fù)雜的幾何零件生成分析結(jié)果更復(fù)雜。
·剝離測(cè)試
最終檢查方法由Cetim與測(cè)試臺(tái)專業(yè)廠商LF技術(shù)公司合作開發(fā)，它可以在幾分鐘內(nèi)評(píng)估預(yù)浸帶的層間粘合力。測(cè)量在稱為“環(huán)”的試樣上進(jìn)行，這些試樣是通過(guò)纏繞和將幾圈預(yù)浸帶原位固化在一個(gè)簡(jiǎn)單的管周圍而制成的。然后將這些固化的環(huán)放在測(cè)試機(jī)器的左側(cè)滾筒上并用右側(cè)滾筒展開。可以調(diào)節(jié)多個(gè)參數(shù)，包括速度和剝離角度，后者通過(guò)在其端部具有輥輪的臂來(lái)調(diào)節(jié)。 一旦測(cè)試完成，自動(dòng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)就在展開的預(yù)浸帶長(zhǎng)度方向上提取剝離能量的變化并繪制數(shù)據(jù)圖形。該測(cè)試能夠?qū)ψ罴阎圃靺?shù)進(jìn)行相對(duì)快速和低成本的評(píng)估。
·增加的產(chǎn)品和過(guò)程控制
控制熱塑性預(yù)浸帶的質(zhì)量可以使復(fù)合材料部件制造商能夠控制其產(chǎn)品的質(zhì)量。其中一個(gè)控制項(xiàng)的不合規(guī)性可以確定問(wèn)題的根源，從而可有效和快速地進(jìn)行修正。實(shí)際上，這些檢查提供了各類質(zhì)量保證的流程圖：
——問(wèn)題來(lái)自預(yù)浸帶原料嗎？
通過(guò)與有限片段顯微分析相關(guān)的尺寸和熱檢查進(jìn)行驗(yàn)證。
——問(wèn)題來(lái)自制造階段嗎？
通過(guò)在線檢測(cè)和剝離測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證。
通過(guò)這些檢查，Cetim可以高效地完成材料基準(zhǔn)測(cè)試，為特定應(yīng)用選擇最合適的預(yù)浸帶。一個(gè)例子評(píng)估了用于高性能復(fù)合材料應(yīng)用的最佳碳纖維/ PEEK膠帶。另一個(gè)例子，Cetim對(duì)低成本預(yù)浸帶正在進(jìn)行評(píng)估，用于開發(fā)未來(lái)燃料電池運(yùn)載器的熱塑性復(fù)合氫儲(chǔ)罐。Cetim從事研發(fā)項(xiàng)目，評(píng)估熱塑性復(fù)合材料與現(xiàn)有熱固性復(fù)合材料壓力容器相比的優(yōu)勢(shì)。Cetim在與全球多家公司的私人研究協(xié)議框架內(nèi)開展工作，以開發(fā)熱塑性原位固化應(yīng)用。
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