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。

新型网状导流织物的制备及性能研究

利用不同导流介质材料、玻纤织物的层排布结构设计制备了流道型、层间型、复合型新型网状导流织物以及相应的环氧树脂基复合材料,考察了树脂/玻纤的导流速度及复合材料的力学性能。实验结果表明:不同的导流介质材料和结构层设计对树脂/玻纤的导流速度、复合材料的纤维质量分数以及力学性能有较大影响,导流速度由大到小依次为复合型、层间型、流道型织物,复合材料的纤维质量分数和力学性能由大到小依次为流道型、层间型、复合型新型网状导流织物。

LCM中碳纤维织物结构对横向渗透性的影响

为研究液体模塑成型加工过程中,树脂流体在厚型织物预型件厚度方向的横向流动渗透情况,采用基于超声波传感监测技术的三维渗透率测试装置,对厚型结构织物增强体内部流动渗透情况进行实验研究。结果表明:不同结构的斜纹、双轴向、单向的碳纤维织物内部流动行为和渗透性差异显著;相同结构中,面密度小时层数的增加会对流动通道产生更多阻碍作用而降低横向渗透性;纤维体积分数低时,双轴向织物较斜纹织物厚度方向上的渗透率低;在紧密织物结构中,双轴向比斜纹织物的渗透率要高。单向织物中面内层内流动容易,而厚度方向的渗透率较低,相比其他2种结构低1～2个数量级。

LCM中织物结构对3D渗透性的影响

为研究液体模塑成型加工过程中,树脂流体在厚型织物预型件厚度方向的3D流动渗透情况,采用基于超声波传感监测技术的3D渗透率测试装置,对厚型结构织物增强体内部流动渗透情况进行实验研究。通过比较玻璃纤维织物的组织结构、织物织造密度和纱线细度变化情况下,织物预型件厚度方向的流动前峰及渗透性,得出了织物结构参数对渗透性能的影响。

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。

缝合参数对经编双轴向织物增强复合材料树脂流动性能的影响

简介VARTM工艺以及缝合复合材料。通过改变几种缝合工艺参数如针距、行距、缝合线的线密度、缝合方向等,观察以上参数的变化对经编双轴向织物增强复合材料充模过程中树脂流动性能的影响,并分析了缝合参数变化影响树脂流动的原因。

碳纤维复合材料超声振动辅助RTM工艺的浸润特性

研究了织物类型、纤维体积分数和超声振动对树脂在碳纤维织物中流动特性的影响规律,设计了超声振动辅助RTM工艺过程中单向渗透率测量装置,开展了16组渗透率测试实验,并结合COMSOL软件仿真分析了织物中的树脂流动特性。研究表明,在相同纤维体积分数水平下,斜纹编织物的纤维束间隙通道比平纹织物的更宽,2/2斜纹编织织物渗透率比平纹织物提高了约21.5%。纤维体积分数与织物渗透率呈负相关,其函数关系与半经验公式Kozeny-Carman(KC)方程吻合较好。树脂流动过程中加入超声振动,其超声空化效应、加速度效应和微射流效应作用于纤维丝束表面,提高了织物渗透率约58.2%。有限元仿真模拟了椭圆形和近矩形纤维束截面设计的织物模型的流动过程,结果发现近矩形纤维束截面高流速区域范围更广,流体向纤维布夹层浸渍的速度分量更大。超声作用于织物纤维可能带动纤维丝束蠕动,使纤维束截面趋于近矩形状,从而提高了树脂对纤维织物的浸润性。上述研究结果对优化碳纤维复合材料成型工艺和成型性能具有一定的指导意义。