真空导入模塑工艺树脂流动规律研究

研究了导流介质、重力、注射方式和注射管径等工艺参数对真空导入模塑工艺中树脂流动行为的影响。结果表明,真空导入模塑工艺中,主导树脂充模流动速度的是导流介质的渗透率;注射方式改变时,树脂的流动模式和流动速度发生改变;树脂的充模流动速度随着注射管径的增大而增大;树脂的流动倾角越接近竖直方向重力对树脂流动的影响越大。

真空导入模塑成型工艺的研究进展

真空导入模塑成型工艺(VIMP)因其具有低成本、环保和适于大型制件一次整体成型等优点而成为复合材料成型制备领域的研究热点,并已广泛地应用于船舶舰艇、风电叶片以及建筑工程材料的制造等领域。介绍了VIMP的工艺原理、特点和技术要求,综述了VIMP工艺中树脂流动行为的研究进展以及VIMP工艺的应用进展,并展望了VIMP工艺的研究方向。

真空导入模塑工艺树脂流动行为研究进展

综述了近年来真空导入模塑工艺树脂流动行为的研究进展,结合自己的研究成果系统地评述了真空导入模塑工艺中树脂的流动模型及机理、流动行为的数值模拟和流动行为的监测控制,并在此基础上对真空导入模塑工艺树脂流动行为的研究前景进行了展望。

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。

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。

真空导入模塑工艺树脂体系化学流变特性及流变模型

采用DSC热分析技术和黏度实验方法,研究了真空导入模塑工艺专用不饱和聚酯树脂体系（Palatal1777-G-4）的固化特性和化学流变特性,建立和对比了树脂体系的修正双阿累尼乌斯流变模型和工程黏度模型,并依据所建立的流变模型预报Palatal1777-G-4树脂体系的真空导入模塑工艺操作窗口。对比结果表明：修正双阿累尼乌斯流变模型和工程黏度模型分别能较好地反映树脂体系凝胶点前的低黏度平台特性和凝胶点后的黏度变化规律,结合两模型可有效模拟树脂体系在不同工艺条件下的黏度行为,准确预报树脂体系的低黏度平台工艺窗口,为优化真空导入模塑工艺参数和保证制品质量提供科学依据。模型预测结果表明,Palatal1777-G-4树脂体系在20~38℃温度范围内满足真空导入模塑工艺操作的基本要求,黏度低于300 mPa.s的工艺操作时间长于30 min。

导流介质对真空导入模塑工艺树脂流动行为的影响

采用可视化流动实验方法研究了高渗透率导流介质对真空导入模塑工艺中树脂流动行为的影响。结果表明:导流介质能较大幅度地减少树脂的充模流动时间,且充模时间随着导流介质使用比例的增加而呈线性减少的关系;导流介质的提速作用随着预成型体厚度的增加而逐渐减弱;预成型体上下表面树脂流动前沿位置差距与预成型体厚度呈良好的线性增加关系,说明导流介质的影响作用具有明显的厚度效应。厚度效应原理为真空导入模塑工艺过程的参数优化和保证制品质量提供了理论依据。

真空导入模塑工艺中织物预成型体的可压缩性

采用真空加载方法研究了循环加载、织物形态、纤维种类、织物层数、铺层方式和混杂方式等参数对真空导入模塑工艺(VIMP)中纤维织物预成型体压缩行为的影响。结果表明:预成型体纤维体积分数随着压缩循环加载次数的增加而逐渐增大,但增幅呈现逐渐减小的趋势;在相同的压缩载荷下,预成型体的纤维体积分数随着织物层数的增加而增大,但增幅很小,对于VIMP制备复合材料构件基本可以忽略;纤维预成型体在压缩载荷下的响应方式与织物形态、纤维种类、铺层方式和混杂方式等因素密切相关,单向铺层比正交铺层更容易压缩而获得较高的纤维体积分数,夹芯混杂比层间混杂方式更容易压缩。

真空导入树脂模塑工艺对EKB1100/430LV复合材料纤维含量及力学性能的影响

通过真空导入树脂模塑工艺制备了EKB1100/430LV复合材料,研究了不同工艺参数对复合材料中玻璃纤维含量及力学性能的影响。结果表明:纤维含量随真空度的增大而增加,靠近树脂注入口区域的纤维含量较低,而真空抽口附近的纤维含量最高;复合材料的拉伸强度和压缩强度也随真空度的增大而增大;充模前对预成型体实施压缩可提高纤维含量;充模过程中溢流一定的树脂可提高弯曲强度和层间剪切强度。

不饱和聚酯树脂体系化学流变特性研究

采用DSC热分析技术和黏度实验方法,研究LSP-8020B不饱和聚酯树脂体系的固化特性和化学流变特性,建立与实验数据较为吻合的工程黏度流变模型。模型可揭示树脂体系在不同工艺条件下的黏度变化规律,定量预报树脂体系的低黏度平台工艺窗口,为该树脂体系真空导入模塑工艺参数优化和保证大型复合材料构件整体成型质量提供一定的科学依据。

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。

厚截面复合材料固化热-化学行为及残余应力研究进展

综述了厚截面复合材料固化热化学行为、残余应力以及力学性能厚度效应的研究进展,重点阐述了厚度效应对材料固化温度场和固化度分布的影响、厚截面复合材料残余应力的理论和实验研究进展,同时还介绍了一种适用于测量厚截面复合材料残余应力的方法——深孔法,并在此基础上对厚度效应的研究前景进行了展望。

玻璃纤维织物在剪切变形作用下的渗透率

为研究织物剪切变形对纤维增强材料渗透行为的影响,采用真空导入模塑工艺测试玻璃纤维织物预成型体的表观渗透率。结果表明:剪切变形降低了预成型体的渗透率;对于斜纹织物,不同的剪切方向使纤维增强材料的渗透率呈现一定的差异,在剪切角为10°时,异向剪切的渗透率较同向剪切高出约26%;对于不同织物组织,剪切变形下的渗透率差异显著;一般情况下,随着剪切角的增大纤维增强材料的渗透率逐渐下降,当织物剪切30°后,其渗透率平均下降约50%,但平纹织物在剪切角为10°时,渗透率却略有上升;剪切变形引起了织物整体渗透行为的改变,流动前峰的形状由一条平行于纬纱的直线逐渐变化成倾斜的直线。

气垫船复合材料导管支臂制备工艺与性能试验

分析气垫船(Air-Cushion Vessel,ACV)复合材料导管支臂制备工艺的可行性,对导管支臂样件材料的组合设计方案进行优化,确定混合纤维环氧树脂复合材料-泡沫夹芯作为导管支臂材料。考虑导管支臂结构制造的经济性和可操作性,选择整体成型模式,采用真空导入模塑工艺(Vacuum Infusion Molding Process,VIMP)对导管支臂样件进行制备,并对导管支臂结构开展力学性能试验。试验结果表明,所设计的ACV导管支臂样件满足强度和刚度的使用要求,可为后续导管结构的轻量化和低成本设计提供参考。

复合材料风电叶片专用树脂体系流变特性

LSP-8020B树脂体系是一种复合材料风电叶片专用低粘度不饱和聚酯树脂体系。采用DSC热分析技术和黏度实验方法,研究了树脂体系的固化特性和流变特性,建立了与实验数据较为吻合的修正双阿累尼乌斯流变模型。模型可揭示树脂体系在不同工艺条件下的黏度变化规律,定量预报树脂体系的低粘度平台工艺窗口,为该树脂真空导入模塑工艺参数优化和保证大型复合材料风电叶片整体成型质量提供一定的科学依据。

VIMP中结构拐角对纤维预成型体渗透特性的影响

采用真空导入模塑工艺(VIMP)制备纤维增强聚合物基复合材料多墙结构件时,多墙体拐角处的纤维弯曲变形可能导致多墙体局部渗透特性发生变化。通过可视化流动实验考察了拐角对多墙体渗透特性和树脂流动行为的影响。结果表明:无论是否使用导流介质,多墙体中的拐角对树脂流体在VIMP灌注过程中都具有局部阻力作用,降低了树脂充模流动速度和多墙体整体表观渗透率,即存在拐角效应;拐角处铺放导流介质能有效降低拐角效应;随着拐角到注胶口的距离增大,整体表观渗透率表现为先下降后上升。

GFRP厚板制件固化过程固化度分布

采用真空导入模塑工艺(VIMP)制备了85 mm厚玻璃纤维增强环氧树脂层合板,单面刚性模具加热固化,沿铺层厚度方向设置热电偶,进行了实时固化温度监测,发现固化时厚度方向存在明显的温度差异。通过DSC方法得到等温环氧树脂固化度-时间实验数据,建立了基于自催化反应模型的等温固化反应动力学方程,模型计算值和实验值符合良好;提出了时间离散分步计算法,对非等温固化条件下,厚度方向的固化度分布进行了计算。结果表明:固化过程中厚度方向固化度存在差异,短时间的后固化可以消除此差异。该方法可以模拟出由温度差异导致的固化度的不均匀分布,用于指导优化固化工艺。

碳纳米管改性泡沫镍/环氧树脂复合材料阻尼性能

采用一种新型简易的化学气相沉积法(CVD)直接在泡沫镍表面均匀地沉积生长碳纳米管(CNTs),然后通过真空导入模塑成型工艺(VIMP)将选定的环氧树脂体系填入表面负载CNTs的泡沫镍孔洞,制备CNTs-泡沫镍/环氧树脂复合材料。利用FE-SEM、TEM和Raman对在不同反应温度条件下泡沫镍表面形貌和所生成CNTs的形貌、结构及石墨化程度进行了表征,并采用动态机械分析仪(DMA)研究了CNTs对泡沫镍/环氧树脂复合材料阻尼性能的影响。结果表明:当反应温度为680℃时,在泡沫镍表面可获得较好的CNTs沉积效果,且所生成的CNTs石墨化程度和纯度较高且直径尺寸较为均匀。同时所制备的CNTs-泡沫镍/环氧树脂复合材料比泡沫镍/环氧树脂复合材料,最大损耗因子tanδ_(max)从0.69提高到0.78,玻璃化转变温度Tg从60℃偏移到68℃,有效阻尼温域ΔT从39℃扩宽到44℃,整体阻尼性能提高了18.9%。