基于“离位”点阵预成型体ES-T300/GT910复合材料的工程化制备及性能研究

采用离位“点阵”技术,制备预成型织物ES-T300/GT910复合材料,设置粉粒粒径、挖板辊速度,收卷速度为影响因素,采用正交设计L 9(34)对工艺优化,并对基本力学性能与进行了测试。结果显示:定型剂粉末的粒径为80目、挖板辊速度比为0、收卷速度为0.2 m/min时可以获满意的定型剂质量分数(5.37±0.09)%;“离位”ES-T300/GT910预定型织物回弹性能良好,力学性能良好。离位“点阵”ES-T300/GT910预定型复合材料可以达到工程化制备的标准,综合性能良好。

织物预成型体的可压缩性研究

研究了预定型织物在压实阶段的可压缩性,涉及压缩过程中纤维体积含量的变化特点。结果表明,预定型织物对压缩载荷的响应方式与织物层数及定型剂含量有关,织物层数的增加,相同载荷作用下易于获得较高的纤维体积含量;预定型处理降低了织物的可压缩性,随定型剂含量的增加,最终获得的纤维体积含量表现出下降的趋势;在实验施加的压缩载荷作用下,预定型织物的压实后纤维体积含量趋于一致,与压缩织物的层数关系不明显,但仍然受定型剂含量影响。

三维编织预成型体的织造及三维编织复合材料细观结构研究进展

三维编织复合材料由于具有优异的力学性能而得到了广泛关注,这些性能的获得离不开其具有的特殊结构,本文从预成型体织造及复合材料细观结构两个方面进行综述。在织造技术方面,对当前编织方法及设备进行了介绍,并评述了近年来对编织新方法的探索以及对编织过程的研究。在细观结构方面,详述了细观结构研究由抽象到具体的发展历程,指出当前模型对于纤维束变形的表征的不足之处,并对两种先进的建模方法进行了介绍。最后指出今后的研究中可进一步建立三维编织结构的表征方法以探索新型编织结构,研究纤维束变形机理以获得更为真实的细观结构模型。

预成型体纵向渗透率统计模型

预成型体渗透率是LCM工艺重要的材料工艺参数,建立渗透率模型对认识纤维/树脂流动浸润机理,更准确地预报渗透率及优化工艺和材料参数具有重要意义。本文作者以LCM工艺复合材料的微观结构分析为依据,建立纵向渗透率的统计模型,系统研究单向预成型体材料微观结构及参数对其渗透特性的影响规律,并进行了实验验证。

机织结构预成型体本构关系和剪切性能

综述了国内外纺织预成型体的剪切性能及其本构关系的研究进展。在简要介绍机织预成型体的分类及其结构和特性的基础上,从实验方法、本构关系以及变形模拟等方面概述了纺织预成型体剪切性能的研究进展,对比分析了纺织预成型体剪切性能的测试方法,描述了纺织预成型体剪切变形的几何非线性和材料非线性的特征,总结了纺织预成型体的本构模型以及可成型性数值模拟方面的研究成果,并提出了目前存在的问题和今后的发展方向。

氧化镁-氧化铝粉末成型体生成镁铝尖晶石的膨胀机制

为了研究生成镁铝尖晶石的反应过程,以电熔镁砂粉和α-氧化铝微粉为原料制备粉末成型体合成镁铝尖晶石,通过考察在1 300~1 400℃空气中反应一定时间(1.5~25 h)后的永久体积膨胀率、线膨胀率、相组成及显微结构,研究了氧化镁和氧化铝反应生成镁铝尖晶石的膨胀机制。结果表明,反应体系的永久膨胀率随成型压力的增加而增大,这除了由反应前后各组成密度差引起之外,还与反应过程中可能存在的Kirkendall效应有关;永久线膨胀率随时间的变化规律遵循固相扩散理论,据此计算出活化能为304.0 k J·mol-1。

复合材料液体模塑成型中纤维预成型体制备技术进展

总结了20世纪90年代以来关于复合材料液体模塑成型(LCM)技术中纤维预成型体制备技术的相关文献报道,指出LCM用纤维预成型体应满足的工艺性要求,且对当前国内外纤维预成型体的成型方法及其制备技术中应用的几种增粘剂进行了分析和概述,并对纤维预成型体制备技术的发展方向进行了展望。

含胶预成型体渗透特性

通过单向流动法对含胶预成型体进行了渗透率的测试。分别研究了含胶量、铺层角度、注射压力以及注射温度对渗透特性的影响规律。结果表明,含胶量对渗透特性有影响,且不同的铺层结构有不同的影响规律。对于玻璃纤维(0,90)经编织物,渗透率随含胶量的增加呈先增后减再增的趋势,而注射压力与注射温度的影响不大,可以忽略。

预成型体质量对桨叶RTM成型工艺缺陷的影响

为考察预成型体质量对桨叶RTM成型工艺缺陷的影响,本文从预成型模具以及预成型工艺两方面对XX型复合材料螺旋桨桨叶的预成型体技术进行了研究。结果表明,在旧预成型模具的基础上改进的新型模具能精确控制预成型压力,从而可以保证预成型体的尺寸精度和质量。相比于湿法定型,达到相同的定型效果,干法定型所需的定型剂用量要少很多,后续利用RTM工艺制备得到的样件缺陷较少。

VIMP后注射阶段纤维预成型体厚度变化影响研究

真空导入模塑工艺(Vacuum infusion molding process,VIMP)是适用于大型聚合物基复合材料整体成型的低成本成型技术。本文考察了耦合渗流时VIMP后注射阶段纤维预成型体的厚度变化和流体压力变化。结果表明,持续抽真空保压和树脂收集器保压均会形成真空源,对流体均会产生牵引力;模型A时流体更易迁移且其相应的流体压力变化比模型B大。预成型体层数较少、树脂黏度较低时,流体迁移对厚度影响较大;随预成型体层数较多、树脂黏度较高时流体迁移对厚度的影响减弱,致使固化收缩对厚度的影响比重增大。在恒定室温时,EP760E/766H环氧树脂体系的固化收缩率与时间的关系满足指数关系,其自由收缩的最大固化收缩率为6.808%。环氧树脂黏度较高时受到树脂和纤维界面性能的影响不能发生自由收缩。采用模型A制备的复合材料比模型B相同铺层的复合材料纤维体积分数高,持续抽真空保压得到的纤维体积分数比树脂收集器保压得到的纤维体积分数高。

天然气在Cu-BTC成型体上的吸附存储及应用前景

在Cu-BTC MOF材料小试放大的基础上,采用滚动成型法对Cu-BTC材料进行成型,考察了Cu-BTC成型体的晶体结构、孔结构和甲烷吸附量,并展望了其在天然气吸附存储方面的应用前景。结果表明,Cu-BTC成型体结晶度高,比表面积高达1 259 m^2/g,孔体积为0.56 cm^3/g。在室温下,Cu-BTC成型体在3.5 MPa的甲烷吸附量为110 V/V,相当于10.5 MPa的高压存储量。Cu-BTC成型体吸附存储天然气技术在零散气井天然气储运和民用天然气调峰方面有着广阔的应用前景。

织物预成型体厚度方向渗透特性研究

以达西定律为基础,研究了不同类型织物的织物层数、定型剂质量分数以及铺层角度对织物预成型体厚度方向上渗透性能的影响。实验结果表明,在一定的定型剂质量分数下,测试流体在垂直方向上的流动基本为稳态流动,大体受Darcy定律控制。随着织物层数的增加,流体流速减小,预成型体厚度方向渗透率逐渐增加。随定型剂质量分数的增加,厚度方向渗透率表现出先增大而后又减小的趋势,而且织物的铺层角度对预成型织物厚度方向渗透率也具有较大影响。

织物预成型体毛细作用研究

研究了不同定型剂含量、纤维体积分数的三种织物的毛细作用,运用达西定理由非线性回归法得到了纤维织物的毛细压力和渗透率的解析值。并由实验结果分析了定型剂含量、纤维体积分数对不同种类织物的浸润的影响规律。研究结果表明:织物的毛细渗透速度主要是由毛细压力决定;在本实验范围内渗透率随Vf的增加而线性下降,而毛细压力和渗透速度随Vf的增加呈现了一个先减小后增大的过程;定型剂的加入使织物的毛细压力减小,使SW280和3186两种缎纹布渗透率略有减小而G827单向布的渗透率增大。

真空导入模塑工艺纤维预成型体厚度变化和流体压力变化研究进展

纤维预成型体厚度控制问题是真空导入模塑工艺(Vacuum infusion molding process,VIMP)面临的主要挑战之一。综述了国内外关于纤维预成型体压实回弹特性和渗透率特性的研究进展,介绍了VIMP工艺在一维线性流动和二维径向流动时厚度变化的理论模型,分析了流体压力特性方程的求解、流体压力场的分布和流体压力对厚度的影响,指出了Correia推导过程中存在的问题并进行了修正,总结了厚度变化对VIMP工艺及复合材料制品的影响,并对VIMP工艺厚度变化的理论研究和工艺控制进行了展望。

自动铺放工艺参数对干纤维预成型体工艺性能的影响

相比于航空航天领域常用的预浸料/热压罐工艺,干纤维自动铺放/液体成型工艺可成型出具有相同的纤维体积含量和力学性能的复合材料,且其成本较低。干纤维束可以通过自动铺丝机在加热和加压工艺条件下铺叠成预成型体,其渗透率、纤维体积含量和压缩特性对成型后的复合材料性能有较大的影响。本文针对自动铺放技术的干纤维丝束,通过调控温度和压力制备了不同层间结构的预成型体,研究了自动铺放工艺参数对预成型体性能的影响。结果表明:在一定的压力下,升高铺放温度,预成型体渗透率降低,厚度减小,抗变形能力增强,纤维体积含量提高,在175℃时可达到58.45%;在一定温度下,当增加铺放压力,预成型体厚度、渗透率、抗变形能力和纤维体积含量有同样的变化趋势,0.2 MPa时,纤维体积含量可达55.39%。这主要与干纤维表面定型剂及导流纤维的物理化学变化有关。

真空导入模塑工艺纤维预成型体弹性回复效应的实验研究

通过监测真空导入模塑工艺(Vacuum infusion molding process,VIMP)树脂面内渗流和面外(Z向)渗流时纤维预成型体的厚度和纤维体积分数变化,考察纤维预成型体的弹性回复效应规律,揭示弹性回复效应对复合材料力学性能的影响规律。结果表明,面内渗流时首先出现弹性滞后现象,随后在弹性回复效应作用下厚度迅速增大并出现一个峰值,然后进入再平衡过程,再平衡过程削弱了预成型体各处厚度的差异。面内渗流时注胶口处厚度增幅较大,真空口处厚度增幅较小,厚度的增加降低了纤维的体积分数。采用面内渗流注胶方式制备的层合板,在注胶口处其纵向拉伸强度和拉伸模量较小,在真空口处其值较大。Z向渗流弹性回复效应曲线出现滞后平台和滞后斜台,且弹性回复对厚度的影响较面内渗流时大得多。

多层机织预成型体结构及力学性能研究

三维机织预成型体具有良好的层间力学性能、结构稳定性和可设计性,可实现多层整体织造,满足高厚一体化的使用要求,已在航天器天线罩性能测试用随炉试样、战术导弹空气舵等结构功能一体化部件上应用。目前,随着我国武器型号的升级换代和更高的性能要求,对其面内±45°方向和经向力学性能提出了进一步强化的指标要求。对几种典型角联锁机织结构及其力学性能做了对比分析,研究了其发展现状,为多层角联锁机织预成型体的应用研究提供理论参考。

碱度对A型分子筛成型体的影响研究

以4A分子筛为原料、高岭土作为黏结剂制备分子筛成型体吸附剂,探究了碱度对成型体吸附性能、晶粒大小及强度的影响。结果表明:当氧化钠与二氧化硅物质的量比为2、水与氧化钠物质的量比为50时,可为成型体提供适宜的钠源和碱度,生成晶粒大小适中的分子筛;适宜的碱度可以在保证成型体吸附剂强度的同时,解决高岭土堵塞分子筛孔道影响吸附性能的问题,最大程度提高成型体吸附剂的吸附效率。