首先在雙螺桿擠出和浸漬設(shè)備上制備CGFRPC長(zhǎng)絲。PEEK顆粒通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)塑化成熔融狀態(tài)，然后進(jìn)入并填充浸漬模具。同時(shí)，CGF絲束在牽引裝置的牽引作用下進(jìn)入具有彎曲流道的浸漬模具，經(jīng)預(yù)熱裝置干燥后浸漬peek樹(shù)脂。隨后，CGFRPCs長(zhǎng)絲通過(guò)出口模頭被拉出，冷卻后由卷繞裝置收集。為了研究牽引速度對(duì)復(fù)合長(zhǎng)絲的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響，以600Tex CGF為原料生產(chǎn)了6種不同牽引速度的復(fù)合長(zhǎng)絲。以300Tex連續(xù)玻璃纖維為原料，以4.13 mm/s的牽引速度生產(chǎn)復(fù)合長(zhǎng)絲，用于研究纖維尺寸對(duì)復(fù)合材料試樣力學(xué)性能的影響。其中，制備的兩種尺寸CGFRPC長(zhǎng)絲的工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 300Tex和600Tex復(fù)合長(zhǎng)絲的制備工藝參數(shù)

三英精密nanoVoxel-3000顯微CT

如圖2復(fù)合長(zhǎng)絲剖面圖所示，牽引速度從11.25 mm/s降低到2.77 mm/s的過(guò)程中，長(zhǎng)絲外輪廓的圓度越來(lái)越好。由于較高的牽引速度不利于復(fù)合材料在出口模頭處的充分聚束，故以較高牽引速度形成的長(zhǎng)絲通常具有不規(guī)則形狀，例如扁平形狀。而較低牽引速度形成的長(zhǎng)絲的外輪廓雖然不是標(biāo)準(zhǔn)的圓形，但它們接近于出口模具內(nèi)孔的形狀。

通過(guò)ImageJ 軟件，計(jì)算出復(fù)合長(zhǎng)絲在不同牽引速度下的物理參數(shù)（即纖維體積分?jǐn)?shù)和孔隙率）如表2中所示。結(jié)果表明：纖維體積分?jǐn)?shù)隨著牽引速度的降低而減小，這是因?yàn)闃?shù)脂對(duì)纖維的緩慢浸漬會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)絲中的樹(shù)脂增多。在這組實(shí)驗(yàn)中，纖維體積分?jǐn)?shù)在32.19%~39.5%之間波動(dòng)，最小值和最大值分別與4.13 mm/s和7.64 mm/s的長(zhǎng)絲牽引速度相關(guān)。

表2 600Tex復(fù)合纖維在不同牽引速度下的物理參數(shù)

圖3中展示了不同牽引速度下復(fù)合長(zhǎng)絲內(nèi)纖維、纖維/樹(shù)脂復(fù)合材料和孔隙的三維分布情況，其中樹(shù)脂/纖維復(fù)合材料和孔隙的分布圖，取自復(fù)合長(zhǎng)絲內(nèi)部截取的長(zhǎng)方體。

根據(jù)圖3（a）可知，較高的牽引速度導(dǎo)致纖維在橫截面上呈橢圓形分布，而在縱向截面上大多呈彎曲分布，從而在長(zhǎng)絲內(nèi)部產(chǎn)生一些孔隙。

當(dāng)牽引速度降低到6.75 mm/s時(shí)（見(jiàn)圖3（b）），纖維和樹(shù)脂在長(zhǎng)絲中的分布仍然不均勻，還可以檢測(cè)到樹(shù)脂集中區(qū)域和孔隙，長(zhǎng)絲中處于彎曲狀態(tài)的纖維數(shù)量在縱向截面中有所減少。盡管7.64 mm/s長(zhǎng)絲中的纖維分布優(yōu)于11.25 mm/s長(zhǎng)絲中的纖維分布，但對(duì)于牽引速度低于7.64 mm/s的長(zhǎng)絲，仍不能保證纖維分布地更均勻。

在牽引速度為4.13 mm/s時(shí)（見(jiàn)圖3（c）），纖維在橫截面上呈圓形分布，在縱向截面上呈較直分布，此時(shí)長(zhǎng)絲內(nèi)部未見(jiàn)孔隙。

圖3 在牽引速度為(a) 11.25 mm/s (b) 6.75 mm/s (c) 4.13 mm/s時(shí)，復(fù)合纖維的三維分布(左)、纖維/樹(shù)脂結(jié)合(中)和孔隙(右)圖

為了對(duì)復(fù)合長(zhǎng)絲中的孔隙進(jìn)行三維形態(tài)表征，將含有明顯孔隙的部分進(jìn)行虛擬剖切，得到縱向剖面圖（圖4(a)和(b)），然后將縱向剖面圖局部放大，以獲得孔的形態(tài)（圖4（c））。結(jié)果表明：復(fù)合長(zhǎng)絲中的孔隙通常出現(xiàn)在纖維附近，且孔隙分布不連續(xù)、不均勻。由此推測(cè)：由于模具中的樹(shù)脂分布不充分/不均勻，且纖維展開(kāi)不充分，使得樹(shù)脂與纖維相結(jié)合的位置容易出現(xiàn)氣孔。

圖4 (a)縱向剖切 (b)縱向剖面圖(c)復(fù)合材料細(xì)絲孔隙形態(tài)

表3 600Tex復(fù)合纖維在不同牽引速度下的物理參數(shù)