在深入探討熱塑性和熱固性碳纖維增強(qiáng)聚合物(CFRP)的銑削損傷與殘余拉伸強(qiáng)度比較之前，我們先簡(jiǎn)要回顧一下兩種材料的特性。碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮(CF/PEEK)，一種熱塑性聚合物，因其可修復(fù)性和可回收性而備受關(guān)注，而碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂(CF/環(huán)氧樹脂)則是傳統(tǒng)的熱固性復(fù)合材料，擁有成熟的工業(yè)應(yīng)用歷史。本文旨在通過對(duì)比分析CF/PEEK與CF/環(huán)氧樹脂在銑削過程中的損傷程度和后續(xù)的殘余拉伸強(qiáng)度，為高性能復(fù)合材料的選擇和加工提供指導(dǎo)。
(CF-PEEK單向UD帶)
銑削損傷的比較
銑削是CFRP部件生產(chǎn)中常見的加工步驟，用于達(dá)到所需的尺寸精度。然而，CFRP的多相性和各向異性往往導(dǎo)致銑削損傷，如撕裂、毛刺、分層和空腔，這些損傷會(huì)嚴(yán)重影響零件的機(jī)械性能和可靠性。通過改變銑削參數(shù)，包括切削速度、進(jìn)給量、纖維切割角度以及銑削策略(順銑與逆銑)，對(duì)CF/PEEK和CF/環(huán)氧樹脂的銑削損傷進(jìn)行了細(xì)致的比較。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示，CF/PEEK在銑削過程中表現(xiàn)出優(yōu)于CF/環(huán)氧樹脂的加工質(zhì)量。CF/PEEK的延展性基體和纖維界面的強(qiáng)結(jié)合力有助于減少損傷，尤其是在逆銑條件下，其表面損傷最小化。此外，CF/PEEK在銑削時(shí)形成了花瓣?duì)钋行�，表明了良好的切屑完整性，而CF/環(huán)氧樹脂則難以達(dá)到相同的效果。
殘余拉伸強(qiáng)度的差異
銑削損傷不僅影響零件的外觀，更重要的是，它會(huì)削弱材料的殘余拉伸強(qiáng)度。研究中，通過拉伸測(cè)試評(píng)估了不同銑削條件對(duì)兩種材料殘余拉伸強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，與CF/環(huán)氧樹脂相比，CF/PEEK在相同銑削參數(shù)下展現(xiàn)了顯著更高的殘余拉伸強(qiáng)度，提升幅度在12.05%至63.22%之間。
表面粗糙度與纖維切割角度
銑削后的表面粗糙度也是評(píng)價(jià)加工質(zhì)量的重要指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，CF/PEEK的表面粗糙度低于CF/環(huán)氧樹脂，特別是在逆銑條件下，這一現(xiàn)象在纖維切割角度為135°時(shí)尤為明顯。纖維切割角度對(duì)加工表面質(zhì)量的影響不可忽視，θ=135°下的銑削導(dǎo)致更嚴(yán)重的纖維彎曲和脫粘，進(jìn)而影響表面完整性。
殘余拉伸強(qiáng)度與銑削策略
銑削策略對(duì)殘余拉伸強(qiáng)度也有顯著影響。順銑試樣的殘余拉伸強(qiáng)度高于逆銑試樣，盡管順銑試樣在次表面損傷方面可能更為明顯，但頂層表面損傷對(duì)殘余拉伸強(qiáng)度的影響更大，尤其是在薄層壓板中。CF/PEEK在所有測(cè)試條件下均顯示出比CF/環(huán)氧樹脂更高的殘余拉伸強(qiáng)度。
斷裂機(jī)制與應(yīng)變分布
通過數(shù)字圖像相關(guān)(DIC)方法，研究了兩種材料在拉伸測(cè)試期間的全場(chǎng)應(yīng)變分布。CF/PEEK顯示出沿纖維方向更為均勻的應(yīng)變分布，這歸因于PEEK基體的韌性，使其能夠承受更大的拉伸載荷。在纖維切割角度為135°時(shí)，最大應(yīng)變出現(xiàn)在試樣邊緣，與銑削損傷(如撕裂和毛刺)引起的應(yīng)力集中相關(guān)聯(lián)。
智上新材料科技有限公司在研發(fā)連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合材料量產(chǎn)的同時(shí)，也落實(shí)產(chǎn)品應(yīng)用研發(fā)。對(duì)于以CFRTP材料制作的產(chǎn)品在CNC加工過程中會(huì)遇到的情況也進(jìn)行了深度的分析，借鑒科研的數(shù)據(jù)再結(jié)合產(chǎn)品量產(chǎn)的實(shí)踐操作，得出優(yōu)解。從而保證客戶在制作CFRTP制品在需要加工時(shí)，選擇更好的銑削參數(shù)，減少加工損傷，從而提高部件的機(jī)械性能和可靠性。
參考文獻(xiàn)：sciencedirect.com/science/article/pii/S014294182300212X
