孔槽泡沫夹芯复合材料真空辅助树脂传递工艺仿真与优化

本工作提出了孔槽泡沫夹芯复合材料的设计方案并针对真空辅助树脂传递(VARI)工艺进行了实验和仿真研究。首先,通过实验测得玻璃纤维织物和树脂的相关参数,利用Hagen-Poiseuill方程和达西定律算出孔洞和沟槽的等效渗透率;接着,利用PAM-RTM模拟孔槽泡沫夹芯复合材料的VARI工艺过程,并与实验结果进行对比;然后,使用PAM-RTM研究了芯材加工参数、树脂灌注方式和导流网铺敷区域对成型过程的影响,并选出了最优方案;最后,在此方案的基础上研究了树脂黏度与灌注时间的关系,并拟合得到了预测函数。结果表明:实验结果与仿真结果基本一致;最优灌注方案可显著缩短树脂填充时间并降低整体孔隙率;预测函数可准确预测灌注时间,对实际生产具有一定的指导意义。

真空辅助树脂灌注工艺的创新性改进

真空辅助树脂灌注工艺是一种新型的复合材料低成本,高性能成型技术。由于其低成本、制品性能好、环境友好等独特的优势,真空辅助树脂灌注工艺已成功用于舰船、军事设施、国防工程、航空和风电等民用工业领域。但是这种工艺也有很多不可控制的因素,仍有许多需改进的地方。本文从树脂计量混合技术及制品表面质量控制等方面讨论了当今真空辅助树脂灌注工艺的一些创新性的改进。

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。

工艺因素对T700碳纤维/环氧复合材料真空辅助树脂注射成型的影响

研究了真空辅助树脂注射(VARI)工艺中定型剂用量、预压实压力、预压实时间及注胶温度对注胶工艺、材料内部质量及力学性能的影响,以确定最优的工艺参数。结果表明:综合考虑充模时间,耐温性能及综合力学性能,定型剂用量20g/m^(2)时最优;预压实压力-0.92bar以上,预压实时间2h左右,材料内部质量及性能最优;结合树脂工艺性、充模时间及复合材料内部质量,注胶温度60℃较合适。采用优化后的工艺参数制备厚度不大于8mm的复合材料,其内部质量均匀可控。

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%。

大型薄壳制件真空辅助树脂传递模塑工艺充模方案仿真分析及优化

针对大型树脂基复合材料制件不适于用实验试错法进行充模方案设计的问题,在分析树脂流动规律的基础上将大型薄壳件的求解区域分解,仿真分析了不同充模方案下树脂在纤维中的流动行为和模腔内压力变化,提出在制件填充面积等分处设置流道的方法,选择和优化大型薄壳制件的充模方案。结果表明:①对于不便进行实验试错法进行真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺充模方案设计的大型薄壳制件,可以采用数值模拟的方式,以达西定律、能量守恒定律等为计算依据,求解压力场和速度场,对比不同仿真方案的充模时间等数据合理安排注胶方式方法,指导VARTM工艺制备大型复合材料制件合理安排注胶方式,提高生产率、减少因树脂浸润不均匀产生的缺陷。②对于大型薄壳类制件,忽略厚度方向尺寸,影响充模时间的主要因素为流道长度和树脂流动距离。选取尽可能长的注胶流道,合理设置流道位置以减少树脂流动的距离;长流道可以增加树脂瞬时注入量、提高较长时间的压力差;而树脂流程越长,树脂前锋处压力损失越大,流速越慢。③试验提出了制件填充面积等分处设置流道的方法。将大型薄壳工艺制件充模面积等分,注胶流道布置在垂直于制件长度方向的面积等分线上,可缩短充模时间并减少制件两端的树脂富集现象。对于较狭长部分可再次进行面积等分设置流道,以免造成树脂流程过长压力流失过多;而对于较宽阔部分不宜设置过多流道以免树脂前锋稳定前互相接触造成制件充模不均匀。

耐高温绝缘GFRP管的真空辅助树脂传递成型工艺研究

阐述了耐高温绝缘 GFRP管的成型工艺及原材料选择 ,并对影响成型工艺的主要因素作了理论分析及试验验证。研究表明 ,以 TDE- 85 / DDS体系为基体 ,以无碱无捻玻璃纤维方格布为增强材料 ,用VARTM工艺成型的石油勘探高性能平衡管完全满足技术要求。

真空辅助树脂传递模塑成型工艺研究进展

对近年来真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺的树脂体系、成型工艺改进、树脂流动模拟以及国内外应用现状进行了综述。VARTM工艺具有成本低、污染小、效率高等优点,在大型复杂结构的整体成型中得到广泛应用。随着VARTM工艺的不断优化,配套技术的升级发展,将提升大尺寸制件的力学性能,VARTM工艺低成本的优势将尤其显著,发展VARTM工艺对于扩大复合材料的应用范围具有重要的意义。

真空辅助树脂转移模塑工艺研究进展

综述了真空辅助树脂转移模塑(VARTM)工艺的树脂体系、工艺过程研究与模拟等的研究进展。表明环氧树脂是VARTM成型工艺的重要树脂基体,双马树脂作为一个重要的基体材料,目前基本处在研究阶段;工艺过程的试验研究和数值模拟发展迅速,国外借助先进技术手段,采用数值模拟方法等对工艺过程进行优化和控制的研究日趋活跃;在航空、船舶等领域,VARTM成型工艺已获得广泛应用。

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%。

真空辅助树脂传递模塑成型工艺研究

为研究分析风力发电机叶片真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺的影响因素,文章通过采用不同导流网密度、玻纤布型号、玻纤布尺寸、玻纤布铺层厚度研究了其对VARTM工艺环氧树脂体系导流时间的影响,同时测量对应样品的含胶量,对比分析了VARTM制品含胶量的影响因素。

真空辅助树脂灌注法制备风电叶片树脂的渗透及缺陷

依据真空辅助树脂灌注(Vacuum assisted resin infusion,VARI)技术,对VARI方法制备玻璃纤维/环氧树脂复合材料风电叶片过程中树脂的渗透缺陷形成机制和消除方法进行了研究。结果表明,在环境温度为25℃和初始混合时间为100min、混合树脂黏度为250mPa·s时,树脂的放热温度和渗透性能最佳。导流介质的使用可以降低渗透难度,缩短充模时间。使用6层三轴玻璃纤维缝编织物,并插入一层连续毡做为导流介质,会使导流效果最佳,渗透效果趋于一致,有效的降低边缘效应对树脂渗透的影响。在L7000(叶根到进料口的距离为17cm)和L19000(叶根到进料口的距离为19cm)位置处增加树脂进料口,调整模具温度为28℃,可以减少渗透缺陷的形成。

基于VARTM的碳纤维单向与三维编织混杂织物树脂灌注工艺

为探究碳纤维单向与三维编织混杂增强环氧树脂基复合材料地铁转向架侧梁的树脂灌注成型工艺,首先基于渗透率理论模型采用非饱和径向流法分别测试得到碳纤维单向与三维编织织物的渗透率。通过数值模拟的方法对典型复合材料方形管结构进行缩比建模与网格划分,并利用PAM-RTM软件对树脂灌注成型过程进行仿真分析,预测了制备复合材料方管所需的灌注时间、灌注压力以及树脂流动过程缺陷的产生。最后根据模拟的灌注方案通过真空辅助树脂传递模塑(VARTM)成型工艺制备了碳纤维单向和三维编织混杂织物增强环氧树脂复合材料方管结构件。结果表明,通过PAM-RTM模拟VARTM工艺制备复合材料方管时树脂的流动,预测得到灌注时间为3897 s,VARTM工艺实际制备复合材料方管的灌注时间为4052 s,误差约为3.8%,在合理误差范围内。方管内部灌注压力随着与注胶口距离的增加而逐渐减小。模拟与实验的误差可能是由于实际铺层和灌注过程中树脂流动引起织物的剪切变形以及真空度的差异导致渗透性能产生变化。仿真模拟和实际制备复合材料方管均无明显缺陷产生,证明径向法织物渗透率的理论模型计算测试和仿真结果具有可靠性。

真空辅助RTM工艺中孔隙的形成机理及实时控制研究

根据国内外的研究成果对真空辅助树脂传递成型(RTM)工艺过程中气泡的形成机理进行了分析总结,同时介绍了几种真空辅助RTM实时过程控制方法。研究结果表明,实时过程控制能够减少孔隙形成的几率,改善流动前沿均匀性,缩短注胶时间,是提高复合材料产品质量的重要方法。

风电叶片拉挤梁帽真空灌注成型工艺数值优化

采用数值仿真方法建立拉挤梁帽真空灌注成型工艺的优化流程,分析了工艺参数对成型效率和质量的影响。首先,实验测定纤维增强织物的渗透率、实际纤维体积分数和树脂的流变性。其次,采用收敛性分析方法对梁帽的数值模型进行优化,兼顾了仿真精度和效率。最后,研究了拉挤板排列间距和模腔内的残余空气压强对成型过程的影响。结果表明:仿真结果与全尺寸实验的偏差小于7%,拉挤板排列间距为0.3 mm时充模效率最高,残余空气压强小于4000 Pa时产品孔隙率小于2%,证明了数值优化方法的可行性和准确性。

VARI工艺制备碳纤维/环氧树脂复合材料的耐腐蚀性能及断口形貌分析

研究了用真空辅助树脂灌注(VARI)成型工艺制备碳纤维复合材料的耐腐蚀性能,并对采用VARI工艺制备的碳纤维复合材料制件进行了断口形貌分析。结果表明:碳纤维树脂基复合材料的拉伸强度是395.93 MPa,弯曲强度是568.44 MPa,模拟海水中浸泡70天后拉伸性能和弯曲性能的保持率仍能保持在80%以上;腐蚀前环氧树脂与碳纤维编织布总体浸润充分,拉拔孔洞少,腐蚀后树脂对纤维包裹性变差,孔洞变多,但仍保持材料的大部分优良性能。

化学联合改性对苎麻/环氧树脂复合材料界面性能的研究

通过碱+马来酸酐(MA)和碱+偶联剂+MA对苎麻进行联合改性处理,采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)制备得到两种苎麻/环氧树脂(RF/EP)复合材料,分别是RF_(1)/EP和RF_(2)/EP,并对其进行力学性能测试.结果表明,与未经任何处理制得的RF_(0)/EP复合材料对照,两种表面处理方法制得的复合材料树脂含量无明显变化,力学性能也有所降低.RF_(1)/EP的拉伸强度和抗弯强度较RF_(0)/EP分别降低了4.33%和17.13%;RF_(2)/EP的拉伸强度和弯曲强度较RF_(0)/EP分别降低了16.01%和22.45%.故工艺需要选择恰当的碱和马来酸酐溶液浓度,尽量减少纤维整体结构的变化,提升纤维与基体附着力,从而提升复合材料的力学性能.

树脂灌注成型的流道设计和真空度对性能的影响

通过实验对真空辅助树脂灌注成型的树脂流道和真空通路进行研究,对于点对点、线对点、点对线、线对线、环形对点这几种流道设计方式进行验证,发现线对点注入以及环形对点注入可以获得最佳的纤维浸润性,相比较而言,线对点注入方式更加经济,在0.085MPa、0.095MPa两种不同的真空度条件下,后者成型的制品力学性能总体较好。

基于参数化曲线模型的树脂流动前锋流速监测技术研究

真空辅助树脂传递成型工艺(VARTM)常用于制造大型复杂复合材料构件。在制造成型过程中实时监测纤维预制体中的树脂流动情况并进行人为干预可以有效避免复合材料成品内部缺陷的形成。其中,实时监测树脂流动前锋的流速可为精确控制成型过程负压水平及干预树脂浸润过程提供关键的技术基础。本文对VARTM工艺中树脂流动前锋的流速参数开展研究,通过超声波传播理论建立基于圆形压电晶片主动传感器的超声波监测特征模型,以监测模具-树脂界面超声脉冲回波的变化来识别树脂流动前锋到达位置,引入高斯、椭圆曲线参数化模型对流动前锋的流速进行计算。最后选用不同频率的压电晶片在多种厚度的有机玻璃板上进行试验,结合数据对流速计算模型的准确性和有效性进行评估,最终发现通过参数化曲线模型计算流速的结果与实际符合较好,准确性符合预期,且高斯曲线模型综合性能更优,但椭圆曲线模型在小厚度模具中表现更好。

缝合泡沫夹芯结构复合材料VARTM工艺树脂充填模拟及验证

采用"长条"模型代替泡沫中沿缝线方向树脂流动模型并对其等效渗透率及孔隙率进行计算;然后用PAM-RTM软件对缝合泡沫夹芯结构真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺树脂充填过程进行数值模拟,最后建立了流动可视化实验装置对模拟结果进行实验验证。对比模拟与实验结果表明,模拟与实验完成整个充填过程的时间非常接近,并且树脂在预成型体中流动方式及在预成型体上、下面板流动状态的数值模拟与实验结果也非常地一致。故建立的"长条"模型及其相关参数的计算是合理的,可以用来准确地预测缝合泡沫夹芯结构VARTM工艺树脂充填过程。另外,树脂在上面板流动前沿在沿宽度方向较为统一,而树脂在下面板流动前沿呈现锯齿状,容易产生空隙及干斑等缺陷,影响制品的质量。