TFP–复材新技术(上)

2.  定制纤维铺放技术（TFP）的应用：
2.1 TFP技术在二维纤维增强预成型件制备中的应用
    时下市场上可见的纤维增强纺织品丰富多样，如方格布，编织布，针织布，它们是由不同工艺制成的。而应用于先进复合材料部件的增强纤维须应遵循如下排列原则：
– 经拉伸的（无波和无扭曲）；
– 与应力场相一致；
– 受到均衡的应力（组件的局部厚度应与局部所需的荷载相一致）。

    传统的增强材料半成品有时可以遵守这些要求，但如果组件的形状较复杂、或者负载的路径复杂难寻时，那么对于这样的制件其纤维的走向是在经济角度上不可行的。

图3：TFP预成型件的制备原则。

    这就是为什么德雷斯顿高分子研究所（Institute of Polymer Research Dresden）要研究开发一种定制化的纤维铺放技术（TFP– Tailored-Fibre-Placement-Technology）。该技术能有效地将压力和应力的计算的结果转移到制造纤维增强结构的过程中，是一种基于传统刺绣工艺过程的创新性技术。通过采用CAD技术，所需的纤维排列路径就可以呈现到软件上，再输入到电脑刺绣机中，操作人员仔细确保增强纤维（如粗纱）与基础材料是否缝合在一起即可（图3）。 下面我们对比TFP技术和传统纺织技术的异同：

– 在传统手糊工艺过程中的纤维铺放角度是灵活多变的，从0 °到360 °之间不等；
– TFP技术允许在同一区域重复铺放纤维，这使得纤维预成型件的厚度变化更为灵活，更加适合复合材料组件的制备；
– TFP技术将纤维取向按照所需的铺放模式转换，需要的开发时间和成本较小；
– TFP技术生产过程允许近净形生产，从而确保低废物率和最大限度挖掘纤维的特性；
– TFP技术可加工的增强纤维的品种更加丰富，如自然纤维，玻璃纤维，芳纶，碳纤维（高强度，高模量）和陶瓷纤维。

2.2 TFP技术在深拉伸预成型件中的应用
    要知道，多数组件不仅仅是由单一的二维预成型件制备而成的，特别是对于深拉伸预成型件是如此。常规的连续纤维纺织品能在多大程度上制成深拉伸制件取决于材料的滑动能力。此外，在深拉伸制备过程中容易在制件表面形成褶皱。而TFP技术制备的预成型件则可采用深拉伸制备，特别是当深拉伸过程中纤维绳出现起圈的现象（如下图所示）。