国内外复合材料工艺设备发展述评之九——热隔膜成型

本文分析了热隔膜成型工艺所用设备的发展历程,指出其优缺点,并对今后发展提出建议。

碳纤维复合材料C形结构热隔膜成型工艺

采用自行设计的热隔膜成型工艺实验装置,制备了C形结构碳纤维复合材料预成型体,测试了成型过程中预成型体和模具温度的变化规律,并考察了成型温度、预成型体尺寸对C形预成型体表面质量和内部缺陷的影响.结果表明:热隔膜成型过程中,采用模具预热的方法与红外灯辐射相配合,可保证预浸料温度的分布均匀性;成型温度过低时,预浸料粘性大、层间滑移能力差,导致预成型体拐角处出现纤维褶皱,并且内部孔隙偏多;预成型体的外形尺寸与模具尺寸接近,则预成型体易受隔膜架桥、变形量过大影响而出现翘曲等缺陷,因此预成型体与模具之间的尺寸比例应控制在一定范围内.

碳纤维复合材料梁/肋零件热隔膜成型工艺研究

采用自制的热隔膜成型设备制备了3234/T700碳纤维复合材料梁/肋零件预制件,并在热压罐中进行固化,通过对固化后零件的表观质量、力学性能、厚度、内部缺陷进行表征,考察了成型温度、成型时间、成型压力对成型质量的影响。结果表明,适当地提高成型温度、成型压力以及延长成型时间可提高固化后零件的质量。

复合材料帽形长桁热隔膜成型工艺研究

介绍了复合材料帽形长桁预成型体的热隔膜成型工艺研究,完成了复合材料帽形长桁的固化制备,并分析了成型温度、变形速率和膜片对复合材料帽形长桁热隔膜预成型过程的影响。结果表明:采用热隔膜成型工艺成功制备了复合材料帽形长桁预成型体,热隔膜预成型温度为75±5℃,完成固化的复合材料帽形长桁满足无损检测要求。对成型温度和隔膜间抽真空速率同时进行优化,才能确保预浸料具有最好的滑移能力。增加膜片厚度、提高膜片刚度都能显著提高热隔膜成型质量。

CCF300/5228A复合材料热隔膜成型工艺研究

对CCF300/5228A复合材料进行了热隔膜成型工艺的研究,通过对CCF300/5228A预浸料的改性,确定了热隔膜成型用CCF300/5228A预浸料的基本参数。结合CCF300/5228A预浸料的基础理化实验和变形行为的建模分析,对CCF300/5228A复合材料的热隔膜成型工艺参数进行了选择和优化,并根据最优的热隔膜成型工艺参数制备了复合材料C型结构试验件。

复合材料C型梁热隔膜成型影响因素分析

热隔膜成型工艺已成为国外大型飞机长桁等C型构件的自动化制造方法,对于热隔膜的研究也越来越多。在等截面及渐变铺层C型梁的热隔膜成型过程中,经常会面临褶皱缺陷。针对褶皱的形成原理,采用了国内外的3种对比材料、2种C型梁模型,通过不同厚度及温度、压力的工艺试验,对热隔膜成型过程中的温度、压力、材料、热隔膜次数及坯料的铺放形式进行了研究。试验结果表明,预成型温度要保持在65℃为宜,保压时间不低于15min,多次热隔膜压力不超过6kPa/min,可有效地抑制褶皱产生,同时由铺丝工艺制备的坯料在热隔膜时层间滑移更均匀。相关研究为国产大飞机热隔膜成型提供初步理论基础。

复合材料长桁热隔膜成型技术及设备浅析

复合材料主承力构件以大型加筋壁板整体结构为主,大量应用复合材料长桁类零件。热隔膜成型工艺以独特的优势成为一项新型的复合材料长桁构件成型技术。本文通过分析热隔膜成型工艺特点、热隔膜成型机的组成及工作过程,探讨了热隔膜成型机安装对厂房工程设计的相关要求,为热隔膜成型技术在国内的推广应用提供了参考。

碳纤维复合材料T形长桁类零件热隔膜成型工艺研究

热隔膜预成型技术是近年逐渐发展成熟的一种复合材料产品的预成型技术,普遍适用于复材产品中常见的T形长桁、帽形长桁、C形梁、L形角材等诸多结构。本文采用自动铺带设备及自动热隔膜预成型设备,制造了碳纤维复合材料T形长桁零件,并在热压罐中进行固化。设定3个实验组,通过控制变量、完善参数设定等,展开实验研究。结果表明,优化参数后的实验件,产品R角光滑无褶皱,产品表面质量良好。

热固性碳纤维预浸料单/双隔膜预成型对比及数值模拟

热隔膜成型工艺是一种快速成型预成型体的方法。为了对比单/双隔膜预成型工艺预成型体质量的差异,利用热隔膜成型装置成型具有双曲特征的C形预成型体,通过观察试验件褶皱产生的大小和位置评估成型温度、铺层顺序、铺层数、预成型体尺寸和成型工艺对预浸料成型质量的影响,同时建立了热隔膜成型仿真模型,并对仿真结果与试验结果进行对比。研究表明:铺层顺序对褶皱的产生有很大的影响,减少[45°/0°]铺层组合可以有效地减少褶皱产生,0°铺层在受压时容易诱导褶皱产生;预成型体越厚越容易产生成型缺陷;对于C形预成型体,采用双隔膜成型比单隔膜成型具有更好的成型质量,尤其对缘条位置褶皱的产生具有显著的抑制作用;基于ABAQUS建立的热隔膜成型仿真模型能较为准确地预测褶皱。

热固性树脂基复合材料热隔膜成型过程数值仿真

为研究制件成型过程中的层间滑移情况及固化后的回弹变形,首先,利用自行开发的热隔膜成型装置制备了热固性树脂基复合材料C型制件。同时,针对热隔膜成型过程建立了三维数值仿真模型;该模型由3个复合材料固化过程子模型构成,包括热-化学模型、层间滑移模型和固化变形模型。然后,在此基础上将固化过程中复合材料性能的时变特性引入到仿真模型中,并将仿真结果与文献中的实验结果进行比较。最后,利用建立的仿真模型对热隔膜成型过程进行了数值模拟,并与实验进行比对,重点研究了成型过程中温度、固化度分布、层间滑移以及固化变形情况。所得结果证明所建立的数值模型对热隔膜成型过程的预测具有较高的可靠性及准确性,可以为后续热隔膜成型参数优化和模具修正提供参考。

热隔膜工艺温度与成型速率对C形复合材料成型质量的影响

利用自制的热隔膜成型设备制备C形结构碳纤维/环氧预浸料预成型体,通过对预成型体的厚度、缺陷进行表征,考察了工艺温度、成型速率对C形预成型体成型质量和预浸料层间摩擦阻力的影响,分析了预浸料摩擦滑移特性与热隔膜工艺成型质量的关联性。结果表明:通过提高工艺温度、降低抽真空速率可以降低预浸料层间摩擦阻力,得到成型质量较好的C形预成型体。热隔膜成型工艺条件对预浸料层间摩擦滑移特性有重要影响,摩擦阻力可以作为优化热隔膜成型工艺参数的重要依据。

复合材料带曲率C型梁热隔膜预成型试验与仿真分析

随着复合材料自动铺带和铺丝技术的成熟,并且广泛应用于复合材料结构的生产与制造。通过与铺带或铺丝技术相结合使得复合材料热隔膜预成型技术成为制作L型、C型,Z型等细长零件的重要手段,此种方式可以减少大量的人工操作,并且能够用于实现自动化工业生产。复合材料热隔膜预成型是一个使预浸料叠层变形的复杂过程,本文对带曲率C型梁的预成型过程进行仿真分析,首先通过试验得到预浸料铺层间摩擦系数,然后对湿态预浸料的力学性能进行测试。利用测试得到参数,采用有限元方法对C型梁预成型过程中铺层间的滑移进行模拟得到了铺层变形后的褶皱缺陷。通过专用的热隔膜成型设备对C型梁预成型进行试验研究,将试验结果与仿真结果进行对比分析,验证了预成型仿真手段的可行性,为后续热隔膜预成型过程中的参数优化提供指导。

热固性碳纤维编织复合材料C形结构隔膜成型工艺

详细介绍了热固性碳纤维编织复合材料C形结构的热隔膜成型工艺。测量了CYCOM970/PWC-T300预浸料在60~120℃不同温度下的滑动摩擦系数。采用烘箱固化和热压罐固化两种方式,进行了热隔膜预成型体的固化试验。通过对试件进行三维激光扫描,得到了C形结构隔膜成型体的厚度、回弹大小分布规律以及滑移角的大小。通过对截面进行扫描,得到了成型试件的孔隙率。

热塑性叶片隔膜成型过程中的有限元分析

针对热隔膜成型在大尺寸风机叶片方面的研究,利用ABAQUS软件对热塑性叶片有限元模型进行位移变形分析,接触分析,热分析与热应力分析,最终确定了风力机叶片在热隔膜成型过程中的薄弱环节及温度加载方式。

国内外复合材料工艺设备发展述评之八——热压罐成型

本文分析了热压罐成型工艺所用设备的发展历程,指出其优缺点,并对今后发展提出建议。

复合材料工型长桁热隔膜成型工艺

采用自动铺带设备和热隔膜成型设备制备了碳纤维复合材料工型长桁预制体。分析成型温度、成型速率、成型压力对工型长桁预制体的表观质量、厚度的影响。结果表明,制备工型长桁预制体厚度均匀性受温度变化影响较小,但会随着成型速率的降低而减小。当成型温度较低时,层间滑移能力差,每层预浸料的变形量不一致,造成R角位置容易出现纤维褶皱;当成型温度较高时,预成型体内夹杂空气容易排除。预制体的厚度分布均匀性主要受成型速率和成型压力的影响。试验采用的方案,工型长桁预制体R角处的厚度均小于缘条和腹板的厚度。

国产T800级高韧性环氧树脂基复合材料C梁热隔膜预成型工艺研究

富含热塑性增韧剂的AC531树脂在国产T800级复合材料的固化过程中,由于增强纤维的存在,热塑性增韧剂在环氧树脂基体中的溶解-分相行为过程与环氧树脂的固化过程同时发生,宏观上表现为AC531树脂基体的黏温曲线在120℃-160℃之间存在明显的黏度升高又降低的过程,使得其黏温曲线变得复杂,从而对国产T800级复合材料的成型工艺产生影响。通过不同温度下保温不同时间后,树脂黏度和层间滑移阻力的变化,选择了100℃保温(30-40)min作为隔膜成型的条件。在此基础上,制备了缘条无曲率(基本型)和缘条带曲率两种C型翼梁。结果表明,国产T800级具有良好的隔膜成型工艺性,能够用来制备C型翼梁,但是对于缘条带曲率的C型翼梁,由于其几何形状的不可展性,在缘条R区和曲面形成的双曲界面处产生了明显的褶皱现象。

热固性碳纤维复合材料热隔膜预成型工程化应用研究

本文以商业化生产的热隔膜机和采用自动铺带技术铺贴的热固性复合材料平板叠层为研究对象,分别对复合材料种类、预成型温度、真空加压速率、成型工装热容、成型工装型面、平板叠层(厚度,贴成型工装面铺层角度,叠层边缘距R角处的长度等)等预成型相关参数和影响因素进行了研究,并将总结的规律成功应用于大尺寸工型梁的制造,为国内大型飞机复合材料主承力构件的自动铺带技术应用奠定了基础。

复合材料热隔膜预成型技术的工程化应用研究

热隔膜预成型是近些年逐渐发展成熟的一种复合材料预成型体制备技术,对于民航复合材料中常见的长桁类结构尤为适用。本文从热隔膜预成型制造技术原理出发,全面分析了其成型过程的详细技术特点及成型质量控制难点;结合预浸料自动铺放的成型特点,分析了自动铺放与热隔膜预成型组合制造工艺的工程化应用特性。从成型制造中的设备占用、制造效率、质量控制综合考虑,为复合材料热隔膜预成型技术的工程化应用提供技术参考。

复合材料热隔膜预成型工艺分析

随着复合材料在航空领域得到广泛应用,传统的手工铺贴工艺已经无法满足大厚度大尺寸主承力结构的生产需求,而自动铺带技术尚不能对异型承力结构完成铺贴。为了满足该主承力结构的生产需要,研究者提出了一种新的热隔膜预成型工艺方法。该工艺方法可以将铺贴好的预浸料层压平板通过施加一定的温度和压力折弯成C型、L型梁等异型结构。此外还从设备构造、工艺参数和工装设计3个方面分别阐述了单隔膜和双隔膜的特点及优缺点。