基于响应面法的碳纤维铺放工艺参数优化及耦合作用分析

摘要

针对碳纤维铺放过程中工艺参数对层间剪切强度(ILSS)的耦合作用机理,采用正交实验方法设计四因素三水平的碳纤维增强环氧树脂预浸带铺放实验,采用响应面法对实验数据进行回归分析,建立ILSS与铺放工艺参数(热风温度、铺放压力、压辊温度和铺放速度)的二次回归函数模型,利用该模型对工艺参数进行了优化并分析了各工艺参数耦合作用对ILSS的影响规律.结果表明,最佳工艺参数组合为热风温度88.1℃、铺放压力740.4 N、压辊温度86℃、铺放速度23.1 mm/s;铺放速度对ILSS的影响较大,其余参数的影响次序由大到小依次为热风温度、压辊温度、铺放压力;热风温度与压辊温度的耦合作用对ILSS有极显著的影响,热风温度与铺放速度、压辊温度与铺放速度耦合作用对ILSS有显著的影响;通过耦合作用分析,发现热风温度在85～100℃、压辊温度在80～100℃、铺放速度在20～30 mm/s时,制品ILSS较高,大于20 MPa,从而扩展了碳纤维铺放成型的加工窗口.