基于真空导入工艺的大尺度复合材料异型构件成型技术研究

研究了大尺寸复合材料水滴形截面异型构件的成型工艺。在达西定律的基础上采用实验法测得了玻璃纤维织物渗透率,建立了树脂浸润过程的仿真模型。采用仿真软件对典型构件一体成型充模过程进行仿真分析,分别对中心点注射、中心线注射、单边注射和多线程接力注射方案进行探讨,仿真结果表明,多线程接力注射方案可有效缩短充模时间,满足树脂适用期内完成充模的要求,并达到100%充模率。采用多线程接力注射方案制备了典型构件样机,实际充模时间与理论计算相差约10%,对生产实践具有指导性意义。

氢氧化钠处理对GF VER复合材料界面及力学性能的影响

为改善玻璃纤维(Glass fiber,GF)与乙烯基酯树脂(Epoxy vinyl ester resin,VER)间界面性能,使用氢氧化钠溶液对GF进行表面改性处理。借助扫描电镜、红外光谱仪、万能材料试验机、摆锤冲击试验机等,分析改性前后GF的表面形态与化学结构的变化。测试改性前后GF VER复合材料的单丝和纤维束界面剪切强度、弯曲强度、抗冲击强度。研究氢氧化钠处理对GF VER复合材料的界面性能和力学性能的影响。结果表明:经过氢氧化钠溶液处理后,GF浸润性得到改善,表面变得粗糙,表面活性基团增多。单丝和纤维束的界面剪切强度相比改性前分别提升了25.31%、27.48%。GF VER复合材料的弯曲强度与抗冲击强度相比改性前分别提升了20.96%、25.40%。

新型树脂传递模塑技术

概述了传统树脂传递模塑(RTM)及在其基础上发展起来的新型RTM工艺,包括真空辅助树脂传递模塑(VARTM)、Seemann复合材料树脂浸渍模塑成型工艺(SCRIMP)和树脂膜渗透成型工艺(RFI)的成型原理、优点,并指出目前存在的缺点及解决方法。

碳纳米管/玻纤/环氧层板超声真空灌注工艺及性能研究

针对碳纳米管/玻璃纤维/环氧树脂体系,采用传统的真空灌注工艺和超声波辅助真空灌注工艺制备复合材料层板,分析不同工艺方法下层板缺陷状况,测试层板的弯曲性能和层间剪切性能,考察树脂性能和纤维/树脂界面黏结状况,探讨碳管及工艺方法对层合板性能的影响。结果表明:与传统的真空罐注工艺相比,超声波辅助真空罐注工艺能增强树脂在纤维内部的流动,提高树脂对纤维的浸润,减少层合板的孔隙缺陷;添加0.05%(质量分数)的CNT后层合板的力学性能提高,使用超声波辅助真空罐注工艺制造的层板性能提高得更为明显;制造工艺对层合板性能的影响与纤维织物的结构紧密相关。

碳纳米管-玻璃纤维织物增强环氧复合材料的结构与性能

通过物理沉积法和静电吸附法在玻璃纤维织物(GF)表面包覆多壁碳纳米管(MWCNTs),制备GF-d-CNTs和GF-a-CNTs两种多尺度增强体,采用真空灌注工艺制备MWCNTs-GF增强环氧复合材料。采用静态、动态力学法、扫描电镜、红外光谱等分析手段,对复合材料的拉伸、弯曲、层间剪切、黏弹性和微观组成结构表征。结果表明:MWCNTs包覆于GF表面形成"倒刺"结构,并通过啮合作用增强了复合材料界面的强度和树脂韧性,提高了复合材料的玻璃化温度(Tg)等;与纯GF复合材料相比,GF-d-CNTs复合材料的拉伸强度和模量分别提高14.5%和37.9%,弯曲强度和模量分别提高26.2%和36.6%,层间剪切强度提高31.5%;GF-a-CNTs复合材料的Tg提高了8.9℃。

玻纤编织布复合材料VARI工艺中树脂流动行为研究

采用可视化实验方法研究了玻纤编织布铺层真空辅助成型工艺中树脂的流动行为。结果表明,导流介质可提高树脂流动速率、缩短充模时间;边缘点浇注、树脂沿导流介质径向流动时流动前锋为抛物线且易产生白斑,树脂沿导流介质纬向浇注时流动前锋呈直线且不易产生白斑;中心点浇注只能缩短树脂沿导流介质径向流动的充模时间,整体充模时间并未得到改善;玻纤编织布为2层、4层、6层、8层时树脂流动速率相差无几。

复合材料电池箱真空辅助树脂灌注快速成形工艺

分析了几种复合材料零部件常规的制作工艺,针对电池箱的结构特点,提出了材料和结构一体化的真空辅助树脂灌注(VARI)快速成形工艺,并且采用液体成形模拟分析软件PAM-RTM确定了工艺方案和工艺参数。VARI工艺与传统双面模具的树脂传递模塑(RTM)工艺相比,节省了大量的工装设备和工序,降低了成本。为了验证所采用的工艺方法的可行性,实际制作了样件,结果表明所采用的工艺方法实现了快速、低能量消耗且绿色环保的目的。

复合材料柔性电热膜固化方法与温度分布

为解决大型整体化复合材料构件制备的低成本固化问题,采用真空灌注(VARI)成型工艺制备碳纤维/环氧复合材料层合板,发展了一种柔性电热膜(FEHF)固化方法.考察了电热膜的铺放方式、温度制度对复合材料固化温度分布规律和固化程度的影响.结果表明:电热膜拼接铺覆方法温度均匀性最佳,恒温阶段最大温差为11℃,分别比搭接铺覆和间隔铺覆降低了26.7%和38.9%.增加恒温平台有利于减小升温过程中的复合材料不同位置处的温度差异,但最终的温差和温度分布规律与未增加恒温平台相同.采用电热膜拼接铺覆方法制备了大尺寸整体化碳纤维/环氧复合材料天线反射器蒙皮,玻璃化转变温度达到80℃以上,反射器精度达到0.7 mm(r.m.s.),说明电热膜固化方法可用于大型复合材料构件的制备.

泡沫夹层结构VARI工艺中树脂流动行为的研究

采用可视化实验方法研究了泡沫夹层结构真空辅助成型工艺(VARI)中树脂的流动行为。结果表明,导流介质的存在可以明显提高树脂的流动速率;剥离布可使得复合材料泡沫样板表面光滑平整,并可明显提高充模速率,减少充模时间;增加浇注口数目可明显缩短充模时间,并可获得浸渍均匀、沟槽全满的样板。采用真空点源布局B时的树脂流动速率大于真空点源布局A,但布局B的充模过程易产生白斑,其所需的浇注时间要比布局A稍长。

真空辅助树脂扩散成型工艺在顶破式端盖上的应用

研究了真空辅助树脂扩散成型工艺在顶破式端盖成型上的应用。采用有限元分析软件对端盖的正向承压能力和冲击力进行了仿真分析,并用3个成型端盖实物对模拟结果进行了试验验证。结果表明:端盖正向承压0.06 MPa而不受破坏,与仿真结果一致;端盖冲击力平均值为1135N,比仿真预测值低5.8%。

导流介质对VARTM复合材料纤维分布及空隙率的影响

研究了导流介质尺寸对真空辅助树脂传递模塑（VARTM）工艺中树脂流动行为的影响，以及对复合材料制品中纤维分布和空隙率的影响。结果表明，随着导流介质尺寸的增加，树脂在增强体中的流动速度加快，并呈现指数加速趋势；制品中纤维体积含量呈现先减少后增大的趋势，并且以导流介质边界为纤维体积含量高低的分界线；复合材料制品的空隙率范围在3．86％19．92％，空隙率呈现先增大后减小再加速增大的趋势。

软模/真空灌注成型内翻法兰半球的工艺探讨

为解决复杂复合材料构件的整体一次成型问题,提高复合材料制品的整体性能,降低生产成本,本文采用硅橡胶制备软模,利用其柔韧性解决常规模具无法一次成型的问题。并通过软模/真空灌注工艺制备了带内翻法兰半球,以验证其工艺可行性。通过比较与其他工艺制备的复合材料的性能,探讨其使用前景。结果表明:采用软模/真空灌注工艺可一次整体成型内翻法兰半球等复杂构件,制品的性能稳定。

液态成型复合材料在直升机上的应用

自20世纪60年代以来,高性能树脂基复合材料在直升机结构中的应用获得了迅速发展,传统的预浸料-热压罐成型复合材料在直升机结构上已取得了大量应用,对结构减重、性能提升起到了显著作用。但是,随着复合材料技术的发展以及直升机对低成本、整体成型技术的强烈需求,低成本液态成型复合材料逐渐在直升机上获得应用,其应用水平及应用效果也不断提升。以RTM、VARI两种典型的液态成型技术为主综述了液态成型复合材料在直升机上的应用,并对新型的液态成型工艺进行了介绍,以期能为直升机设计人员和复合材料工艺人员提供选材及工艺方案方面的技术支撑。

软模/真空灌注成型带复杂孔圆盘的工艺探讨

为解决复杂复合材料构件的整体一次成型问题,提高复合材料制品的整体性能,降低生产成本,本文采用硅橡胶制备软模,利用其柔韧性解决常规模具无法一次成型的问题。并通过软模/真空灌注工艺制备了带复杂孔圆盘,以验证其工艺可行性。通过比较与其他工艺制备的复合材料性能,探讨其使用前景。结果表明,采用软模/真空灌注工艺可一次整体成型带复杂孔圆盘等复杂构件,制品性能稳定。

不同灌注工艺对玻璃钢层压板性能的影响

应用真空辅助树脂传递模塑工艺(VARTM)和真空灌注成型工艺(VIMP)制备玻纤增强塑料(GFRP)层压板,研究制样工艺对玻璃钢层压板性能的影响。利用灼烧法考察了VARTM工艺和VIMP工艺对玻璃钢层压板的玻纤含量的影响,发现VARTM工艺制得的层压板的玻纤含量均匀可控,且具有良好的重复性。并对两种制样方式得到的层压板进行了力学性能测试,包括静态力学性能和动态疲劳性能,发现VARTM工艺制得的层压板静态性能较优,而两种成型工艺对动态疲劳性能无明显影响。在实验室评估玻纤性能时,选择用VARTM工艺制作层压板能更好地得到材料的真实性能。

真空辅助树脂扩散成型工艺在棱台型端盖上的应用

真空辅助树脂扩散成型工艺是一种低成本制造技术,为降低端盖制造成本,将真空辅助树脂扩散成型工艺应用于棱台型端盖的成型上。采用有限元软件对棱台型端盖的开盖压力和反向承压能力进行了仿真分析,并制作了3个端盖实物进行试验验证。结果表明:实物试验结果与仿真结果比较吻合。端盖反向承压0.02 MPa不破坏,与仿真结果一致;端盖开盖压力平均值为0.055 MPa,比仿真预测值高7.2%。

分散方法对低含量碳纳米管玻纤/环氧层板性能的影响

采用超声波振荡与超声波破碎两种分散方法制备了低含量碳纳米管(CNTs)增强的环氧树脂,研究了CNTs对树脂流变特性、固化特性和力学性能的影响。进一步采用该树脂体系通过真空灌注工艺(VARIM)制备了CNTs含量为0.01%的CNTs-玻璃纤维/环氧树脂复合材料层板,研究了两种分散方式下CNTs对复合材料层板力学性能的影响和CNTs的增强机制。结果表明:超声波破碎分散使CNTs长度变短,分散性更好,与超声波振荡分散方式相比,CNTs对树脂增黏效果和树脂固化反应的影响更明显。采用双真空灌注工艺,两种超声波分散方式下CNTs均提高了复合材料的弯曲性能、层间剪切性能和树脂与纤维的粘结强度,而单真空灌注工艺下CNTs的增强效果不明显,说明受纤维过滤作用的影响,选择合适的灌注工艺和CNTs分散方式,低含量CNTs可实现对灌注工艺复合材料层板的增强。