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如何计算碳纤维复合材料中所需的树脂基体使用量

嘉峪检测网        2022-04-29 15:31

当我们进行碳纤维树脂基复合材料加工时,经常遇到一个问题,比如需要使用多少量的树脂,本文主要针对该问题为大家释疑解惑。

 

对于一个目标项目和所需的碳纤维复合材料种类而言,在对树脂使用量进行评估时,该项目的设计方案和目标部件对于所需要材料的数量比较重要。

 

对零件进行修复、蒙皮或制造时所需的估计和测量,可以利用将铺层表面积来计算所需要的织物数量。例如,每层材料大概有2平方英尺的表面积,共计需要3层。每种织物都有与之相关的密度。

 

这主要是由织物表面积的重量(克或盎司)计算出来的,通常以平方米或平方英尺为单位。采用碳纤维织物,例如规格为平纹织物6K,其密度为370gsm(克/平方米)。通过转换为gsf(克每平方英尺),它等于每平方英尺34.37克。具体计算过程如下:

 

CF织物密度:370gsm;而1克/平方米=(0.092903)克/平方英尺

 

所以:370*0.093=34.37克每平方英尺(CF织物密度)

 

已知每个部件需要3层面积为2平方英尺的织物,用34.37gsm乘以2平方英尺再乘以3层,则所需的纤维总重量的206.22克。具体计算过程如下:

 

3层*2平方英尺=6平方英尺(制造用总材料面积)

 

6平方英尺2*34.37克每平方英尺(CF纤维密度)=206.22克

 

对于手工铺层而言,纤维/树脂比例通常为50%。精确一点来讲也就是使用207克纤维和207克树脂混合。考虑到目标产品的特殊需求,有时候在纤维与树脂的比例会有所调整,比如:

 

示例1:50/50纤维/树脂比:207克纤维和207克树脂

 

示例2:40/60纤维/树脂比值:(207克纤维*60%)/40%=310.5克树脂

 

示例3:60/40纤维/树脂比值:(207克纤维*40%)/60%=138.0克树脂

 

为了进一步详细评估环氧树脂基体的使用量,一般而言较重的环氧树脂密度约为1.4g/cm³,可转化为0.04734g/oz(克/盎司)。不同的树脂密度不同,许多制造商的规格应该提供一个很好的计算思路。使用上例1,需要207克树脂,207克乘以04734克/盎司也就意味着在纤维与树脂混合比例为50%中所需的树脂重量约等于9.8盎司。具体计算过程如下:

 

给定环氧树脂密度:1.4g/cm³

 

转换系数:1g/cm³=29.5735克/美国液体盎司

 

1.4 / 29.5735 = 0.04734 g/oz

 

当纤维与树脂含量比为50%所需树脂:0.04734g/oz*207g=9.8盎司的混合树脂

 

当估计所需的树脂量时,往往树脂含量越多越好,因为在加工过程中会出现不可避免的损失。

 
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来源:碳纤维及其复合材料技术