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。

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。

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。

电泳烘烤对EP/CF及EP/CF/GF复合材料力学性能的影响

采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制备了不同铺层方式的碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP):环氧树脂/碳纤维(EP/CF)和环氧树脂/碳纤维/玻璃纤维毡(EP/CF/GF)复合材料,重点研究了不同铺层纤维体系的CFRP渗透率以及电泳烘烤前后的力学性能变化,探究了其失效机理。结果表明,[±45°]铺层方式有利于体系中树脂的浸润,且加入GF能够明显提高体系的渗透率;电泳烘烤后,CF[0/90°]、CF[±45°]和CF/GF[±45°]的拉伸强度分别下降了15.65%、12.05%和6.77%,模量分别下降了9.08%、16.39%和10.04%,而CF/GF[0/90°]的拉伸强度和模量则分别提高了7.74%和6.95%;在弯曲性能方面,电泳烘烤后CF[0/90°]、CF/GF[0/90°]、CF[±45°]和CF/GF[±45°]的弯曲强度分别下降了7.62%、8.23%、15.89%和48.39%,模量分别降低了9.23%、3.69%、17.85%和34.38%;而电泳烘烤对4种材料的压缩性能影响较小;电泳后,CF[0/90°]和CF[±45°]的储能模量、损耗模量均有一定幅度提高,CF/GF[0/90°]和CF/GF[±45°]的储能模量、损耗模量均有下降。

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。

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。

夹芯材料在VARTM工艺中的使用研究

介绍了真空辅助树脂传递注塑(VARTM)工艺的原理和方法,讨论了夹芯结构对VARTM工艺树脂的流动性的影响,以及不同树脂在夹芯板材制作中的流动性,并分析试验出现的白斑和沟槽、边缘出现浸润不完全的现象,讨论了解决方案.

VARTM工艺铺层取向对复合材料力学性能的影响

采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制作了玻璃纤维增强不饱和聚酯复合材料层合板,对其进行了拉伸、弯曲、冲击性能测试,并对铺层取向与玻璃纤维复合材料层合板力学性能的影响关系进行了实验研究。实验结果表明,0°取向玻纤增强复合材料在单一方向上的力学性能最佳,±θ取向比θ取向玻纤增强复合材料有更好的力学性能;θ单向铺层复合材料在外载荷作用下发生破坏,其断口破坏的角度与铺层角度一致,而在±θ多向铺层复合材料的断口形貌更复杂。通过合理的铺层设计可获得满足工程需要的复合材料制品。

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。

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。

大丝束CF/EP汽车地板VARTM模拟与高温力学性能

汽车轻量化是全球面临的共同问题,采用更具成本优势的大丝束碳纤维(CF)增强复合材料是实现汽车轻量化结构化的重要途径。然而,大丝束碳纤维在液体成型时,单束过多的纤维丝易导致纤维束内微观浸润困难,易产生干斑、气泡等缺陷。同时,传统的汽车电泳烘干工艺对复合材料的高温性能提出了挑战。鉴于此,本文采用0°/90°双轴向缝编大丝束碳纤布和耐高温环氧树脂(EP),开展了纤维渗透率测试和汽车地板真空辅助树脂传递成型(VARTM)模拟优化研究,设计、制造了成型模具,成功试制出汽车地板样件,超景深显微镜观测显示纤维束内和层间浸润良好,无明显缺陷。高温在线拉伸和应变测试显示,温度对材料拉伸模量影响显著而对强度影响不大,180℃高温下应变恢复能力良好,表明该材料在高温下仍具备较好的强度和抗蠕变性能,该结果对指导复合材料能否通过传统汽车的电泳烘干工艺具有重要意义。

缝合参数对缝合泡沫夹芯结构复合材料VARTM工艺树脂充模的影响

对不同缝合参数的缝合泡沫夹芯结构复合材料真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺进行数值模拟,研究了针距、行距、缝针直径、芯板厚度及纤维面板厚度等缝合参数对缝合泡沫夹芯结构复合材料VARTM工艺树脂流动充填的影响。结果表明,改变缝合行距对树脂的流动充填速度影响不大,缝合行距越大,树脂在下层纤维面板流动的同步性越差,制品出现空隙及干斑的可能性越大;缝合针距越小,树脂完成充填的时间越长;分别增加缝针直径和泡沫芯板的厚度,树脂完成充填时间呈线性增长,缝针直径越大,下层纤维面板树脂浸润效果越好;纤维面板厚度增加,树脂完成充填的时间变长,且相对于其他缝合参数,纤维面板厚度对树脂流动充填时间影响最大;缝合针距、泡沫芯板的厚度及纤维面板的厚度都不影响树脂在下层纤维面板的浸润效果。

导流介质对缝合泡沫夹芯结构复合材料VARTM工艺中树脂流动影响研究

对4种不同位置铺放导流网的缝合泡沫夹芯结构预成型体进行了真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺树脂充填实验,探究了预成型体中导流网的铺放位置对树脂在其中流动浸润的影响。对实验结果进行分析得出:预成型体中加入一层导流网可以使上、下层纤维面板中树脂完成充填时间间隔变小;导流网分别铺放在预成型体泡沫芯板上及预成型体最底层均易导致预成型体下层纤维面板形成空隙及干斑等缺陷,影响制品质量;导流网铺放在预成型体下层纤维面板上不但缩短了上、下层纤维面板中树脂完成充填时间间隔,而且下层纤维面板中树脂流动较一致,利于提高预成型体树脂充填质量。

基于真空导入工艺的大尺度复合材料异型构件成型技术研究

研究了大尺寸复合材料水滴形截面异型构件的成型工艺。在达西定律的基础上采用实验法测得了玻璃纤维织物渗透率,建立了树脂浸润过程的仿真模型。采用仿真软件对典型构件一体成型充模过程进行仿真分析,分别对中心点注射、中心线注射、单边注射和多线程接力注射方案进行探讨,仿真结果表明,多线程接力注射方案可有效缩短充模时间,满足树脂适用期内完成充模的要求,并达到100%充模率。采用多线程接力注射方案制备了典型构件样机,实际充模时间与理论计算相差约10%,对生产实践具有指导性意义。

基于VARTM工艺的纤维增强复合材料携行箱的研制

为适应战场环境的快速变化,要求系统具有高机动性能,也要求用来装载和保护电子设备的携行箱更加轻量化。文中针对轻量化需求,采用高强度、高模量的碳纤维材料和耐冲击性能好的芳纶材料作为增强复合材料,研究真空辅助树脂传递模塑(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding,VARTM)整体成型工艺,研制了轻型复合材料携行箱,并对携行箱VARTM工艺成型的有效性及可行性进行了验证。采用该工艺制作的携行箱具有重量轻、强度高、成型快速、生产效率高、制造成本低、环境适应性强等优点,具有较高的工程价值和发展前景。

导流介质对VARTM复合材料纤维分布及空隙率的影响

研究了导流介质尺寸对真空辅助树脂传递模塑（VARTM）工艺中树脂流动行为的影响，以及对复合材料制品中纤维分布和空隙率的影响。结果表明，随着导流介质尺寸的增加，树脂在增强体中的流动速度加快，并呈现指数加速趋势；制品中纤维体积含量呈现先减少后增大的趋势，并且以导流介质边界为纤维体积含量高低的分界线；复合材料制品的空隙率范围在3．86％19．92％，空隙率呈现先增大后减小再加速增大的趋势。

基于VARTM工艺的大型闭合截面复合材料箱体的研制

研究了VARTM工艺用树脂基体的黏流特性,进行了平板验证试验,并采用PAM-RTM软件对复合材料箱体的工艺过程进行模拟,确定了最佳注射方案和工艺控制参数,采用主体阳模的VARTM工艺,制备了复合材料箱体试验件,对贮运发射箱VARTM工艺成型的有效性及可行性进行了验证。

VARTM的边缘效应数值模拟研究

边缘效应是真空辅助树脂传递模塑(VARTM)成型过程中的一种常见现象,其根本原因是模具型腔内一些间隙区域为树脂流动提供了优先路径,使得树脂在这些区域比其他正常孔隙区域有更快的流动速度。基于达西定律建立树脂在纤维预制体中渗透的中面模型,并开发相应的C++数值模拟软件,开展了边缘效应的数值模拟研究。与实验结果对比验证了模型和数值模拟软件的准确性,通过对具有两个内孔结构的纤维预制体树脂充填过程进行数值模拟,研究了浇口对边缘效应的影响,预测和分析了干斑缺陷产生的位置,为浇口、排气的优化设计提供了科学依据。

Effects of Ultrasonic Waves during Resin Impregnation on the Mechanical Properties of Unidirectional Composite Materials

Effects of ultrasonic vibrations on mechanical properties of fiber reinforced plastics were investigated during molding resin impregnation process in vacuum assisted resin transfer molding.?The vacuum bag including the preformed each?non-crimp fabrics (carbon and glass fibers)?was placed in a water bath of an ultrasonic wave generator during resin impregnation. The mechanical properties of the laminates were evaluated?through the mechanical strength tests and scanning electron microscope?(SEM) observation. The results revealed that ultrasonic waves improved transverse tensile, flexural, interlaminar shear, and compressive strengths of the carbon fiber (CF) laminates and interlaminar shear and compressive strengths of the glass fiber (GF) laminates. It was found from SEM observation that the fracture modes of the CF and GF laminates processed using ultrasonic waves were resin fracture. Accordingly, the adhesion of the fiber/resin interface was improved by oscillating ultrasonic vibration during resin impregnation, leading to an increase of the interface strength.