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。

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。

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成型技术的研究

本文详细介绍了目前RTM工艺中最先进的两种真空辅助成型技术高渗透介质辅助成型及引流槽辅助成型。采用这两种技术的RTM工艺能够制造超厚超大的产品 ,适应更加广阔市场需求。同时 ,真空辅助RTM成型技术也将RTM工艺的应用领域进一步扩大。

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。

VARTM用不饱和聚酯树脂的成型工艺研究

针对VARTM工艺对树脂基体的特殊要求,选用了一种粘度较低的不饱和聚酯树脂,对其工艺性能进行了系统的研究,分析了引发剂用量、温度对树脂体系的凝胶时间和流变学性能以及对浇铸体力学性能的影响。结果表明:树脂体系在40℃以下时,50 min内粘度低于300 mPa.s,加入0.5%与1%引发剂所得树脂浇铸体的力学性能差别不大。

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。

国内外复合材料工艺设备发展述评之七——液体模塑成型

本文分析了液体模塑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。

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。

高性能机载雷达罩VARTM工艺用树脂/纤维浸润性研究

研究了采用真空辅助树脂传递模塑 (VARTM )工艺制造高性能机载雷达罩的TDE - 85环氧树脂、间苯二甲酸二烯丙酯 (DAIP)和E - 5 1环氧树脂三种材料体系的浸润性能。结果表明 ,三种材料体系中 ,DAIP体系具有较好的浸润性能 ,粘度较低 ,最适合采用VARTM工艺制备雷达罩。

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。

嵌入加强筋的缝合泡沫夹芯结构复合材料VARTM工艺树脂充填模拟及验证

在缝合泡沫夹芯结构复合材料的泡沫中嵌入轻质的加强筋板,可以在不增加缝合密度并且在只增加较少质量的前提下,增强复合材料制品整体的强度和刚性。文中对真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺树脂在嵌入加强筋的缝合泡沫夹芯结构复合材料预成型体中充填过程进行模拟和验证研究。采用一种矩形流道模型代替沿加强筋与泡沫空隙间的树脂流动,并对其等效渗透率及孔隙率进行计算;通过PAM-RTM软件模拟了嵌入加强筋板的缝合泡沫夹芯结构VARTM工艺的树脂充填过程,并建立了流动可视化实验装置与模拟对比,结果表明模拟与实验相当吻合。而模拟与实验的结果均表明加强筋的引入可以在局部加强树脂沿厚度方向的流动,但是会延缓树脂对整个预成型体的充填。

工艺参数对VARTM中树脂充模流动的影响研究

采用可视化树脂流动实验装置,研究了高渗透导流介质、树脂黏度、树脂注射方式和真空压力等工艺参数对真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺中树脂充模流动过程的影响。结果表明,VARTM工艺中高渗透导流介质对树脂充模的速度起着主导作用;随着树脂黏度的增大,完成充模所需时间呈现指数增加趋势;树脂注射方式对充模速度和充模流动模式影响大,树脂采用边界点型注射时充模所需时间是边界线型注射的3倍,是四周注射的9倍;随着真空压力的增大,完成充模所需的时间呈现先变大后变小的趋势。

重力效应对VARTM工艺中树脂充模过程的影响

采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制备了环氧树脂/亚麻纤维复合材料层合板,记录了树脂在不同树脂流动倾角下的充模时间。通过对层合板进行拉伸、弯曲性能测试,研究了树脂流动倾角对复合材料层合板力学性能的影响。结果表明,在VARTM工艺过程中重力效应对树脂充模时间和层合板力学性能有显著影响;充模时间随着树脂流动倾角的增大(从–90°至90°)而增加;复合材料层合板的拉伸强度、拉伸弹性模量、弯曲强度、弯曲弹性模量等均随树脂流动倾角的增大而增大,树脂流动倾角对弯曲强度的影响最大,且对强度的影响高于模量。由于树脂流动倾角影响了树脂与亚麻纤维的结合情况,导致树脂流动倾角为–90°和90°的复合材料层合板在拉伸与弯曲失效时拥有不同的失效形式。

VARTM工艺中高渗透导流介质对树脂充填行为的影响

采用可视化流动实验装置,系统研究了高渗透导流介质对真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺中树脂充填流动行为的影响。实验结果表明,高渗透导流介质只覆盖部分纤维增强体时,铺放在靠注胶端导流效果明显,铺放在靠抽气端导流效果很弱;高渗透导流介质铺放在纤维增强体顶、中和底面任何位置,都会起到良好的导流效果,尤其是铺放在纤维增强体底面时导流效果最好;随着高渗透导流介质层数增加,对树脂充填的导流作用就越好;随着纤维增强体层数的增多,完成充填所需时间就越长,这表明高渗透导流介质导流效果受到增强体厚度的影响。

VARTM工艺树脂固化过程温度场的模拟与实验

基于热传导和固化动力学理论,采用有限元法,建立了复合材料固化过程的物理模型和数学模型,采用fluent编制固化计算程序,模拟和分析了层合板固化过程中不同时刻的固化放热和温度分布情况,通过对比温度变化云图,获取相差最大部位的温差约为2.46℃。以R688型环氧树脂为基体、玻璃纤维布为增强材料使用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺固化成型中进行温度场的测量实验,通过温度记录仪采集预埋入纤维布中数点位置的热电偶的温度,记录复合材料在固化过程中不同位置和不同时刻的温度变化情况。研究表明:模拟和实验结果基本吻合,证明该方法的有效性和准确性。

液态成型环氧树脂基复合材料增韧研究进展

总结了提高液态成型环氧树脂基复合材料韧性的三种方法,包括增韧树脂基体、层间增韧以及通过Z向增强来增韧。简要介绍了这三种方法各自的增韧机理、影响因素及优缺点。

活性稀释剂含量对VARTM树脂工艺性能的影响

为降低E51环氧树脂体系的反应活性和黏度,采用在E51环氧树脂中添加适量活性稀释剂以及在低分子量聚酰胺固化剂中混入适量改性胺固化剂的方法,配制了基于双酚A型E51环氧树脂为基体的VARTM工艺用环氧树脂体系,同时对不同活性含量的VARTM树脂的工艺性能及浇铸体的力学性能进行了测试研究。结果表明,减少低分子量聚酰胺固化剂的用量及在一定范围内增加改性胺固化剂的用量可有效降低树脂体系的低温反应活性,活性稀释剂含量的多少不仅影响树脂体系黏度高低,而且影响到其浇铸体力学性能。