大厚度复合材料层合板的固化温度场变化规律

本研究通过编写ABAQUS子程序,将固化反应动力学方程引入大厚度复合材料构件固化过程的热传导方程,研究大厚度玻璃纤维/环氧树脂复合材料固化过程中温度分布规律,讨论了板厚与固化温度对层合板内部温度场、固化度场和固化速率的影响。结果表明,大厚度复合材料层合板内部厚度方向温度相差较大,中心点升温幅度最大,厚度方向的温度随着距离中心点位置的增大而降低;上下表面与温度恒定的模具表面接触因而温度不变;固化速率、固化度与温度呈正相关;固化温度一定时,复合材料厚度越大,最大温差ΔTmax越大,需要恢复到初始温度的时间越长,随着厚度的增加,最大温差ΔTmax增大的趋势越小;复合材料厚度一定时,固化工艺温度越高,最大温差ΔTmax越大,需要恢复到初始温度的时间越短,随着厚度的增加,最大温差ΔTmax增大的趋势越小。     

黏结剂相对分子质量对浇注PBX固化应力的影响?

采用自行研制的固化应力测试装置,测量了端羟基聚丁二烯(HTPB)基浇注高聚物黏结炸药(PBX)固化过程的应力变化,计算出固化应力数据,分析了黏结剂相对分子质量对热固性浇注PBX固化应力的影响,并对其在不同固化温度下的黏结强度进行了测试。结果表明:同一固化温度时,随着HTPB相对分子质量的逐渐增大,浇注PBX在固化阶段的最大热应力及收缩应力都逐渐减小。固化温度为100℃时,相对分子质量为1 500、2 800、4 000的HTPB基固化物因固化反应所产生的最大热应力分别为2.14、1.12、1.01 MPa,最大收缩应力分别为0.29、0.22、0.15 MPa。在固化降温阶段,HTPB相对分子质量越大,浇注PBX的收缩应力也越大。HTPB相对分子质量相同时,固化物的黏结强度随着固化温度的升高而降低;而固化温度一定时,HTPB相对分子质量对浇注PBX的黏结强度影响不大。     

复合材料固化工艺的直热模具温度场均匀性分析

针对复合材料固化成型工艺的直热模具温度场均匀性进行了研究。建立模具温度场和复合材料固化反应温度场的耦合传热学模型,并对该模型进行有限元建模仿真分析。针对影响模具表面温度均匀性的主要因素,即电加热管的间距和功率,设计正交试验优化,优化后模具表面最大温差为3.5℃,达到行业标准。此外,对影响温度场均匀性的其他因素,即加热管与模具的接触热阻、复合材料层合板厚度进行了探讨,接触热阻的存在使得模具表面最大温差达到7.24℃,模具加热到指定温度多用时800 s,降低了效率。研究层合板对模具温度均匀性的影响时发现未加入复合材料时模具表面最大温差为4.44℃,加入层合板耦合后最大温差为3.5℃;厚度为毫米级时,层合板对直热模具表面温度均匀性影响不大。      

热固性粘结炸药固化特性测试方法的研究

为了准确表征固化后期热固性粘结炸药(PBX)的固化特性,以确定PBX的固化终点时间。采用力学实验机测试获得PBX在不同固化时间的力-位移曲线,确定50N加载力为其最大载荷加载。结果表明:固化测试头的直径为10mm,加载速率为1mm/min时,测试获得的力-位移曲线较为平直,测试后样品结构完整,可进行下一次测试。力-位移测试方法获得的固化特性数据偏差远远小于硬度计法,可作为热固性PBX固化特性准确的测试研究方法。     

热压罐工艺环境对于先进复合材料框架式成型模具温度场的影响

热压罐固化工艺过程中的模具温度分布对于先进复合材料成形质量影响很大。本文在之前相关文献研究的基础上,对模具温度场分布的工艺环境因素作了进一步的研究。结果表明,工艺环境因素中,风速、升降温速率对于模具型面温差影响显著,而模具在罐内的摆放位置则对模具型面温度场温差影响很小。     

热固性浇注 PBX 力学行为的影响因素探讨

利用拉伸实验、压缩实验、巴西实验对浇注黏结炸药（PBX）的力学行为进行了研究,探讨了影响浇注PBX 力学行为的因素。实验结果表明,浇注 PBX 的力学行为分为脆性断裂和延性断裂两种形式;在固化阶段的不同时间点浇注 PBX 的力学行为不同,当固化度为70％--80％时,浇注 PBX 表现出延性断裂的特征;当浇注 PBX 的固化度在80％以上时,药柱的力学行为受到固化温度和胶黏剂分子量等的影响。对于含有同一分子量端羟基聚丁二烯（HTPB）的浇注 PBX,固化温度越高,其力学行为越趋近于脆性断裂特征;经同一固化温度后,HTPB分子量越小,浇注 PBX 的力学行为越趋近于脆性断裂的特征。对产生上述现象的原因进行了分析。     

固化温度及固化剂种类对模拟PBX浇注炸药力学性能的影响

测试了端羟基聚丁二烯-异佛尔酮二异氰酸酯-三苯基铋（HTPB-IPDI-TPB）和端羟基聚丁二烯-六亚甲基二异氰酸酯三聚体-亚乙基二胺（HTPB-HDI-trimer-DABCO）两种黏结剂在不同固化温度下对模拟PBX浇注炸药的力学性能的影响。实验结果表明,随着固化温度的升高,HTPB-IPDI-TPB和HTPB-HDI-trimer-DABCO制备的模拟PBX浇注炸药药柱的力学性能增强。固化剂IPDI和HDI-trimer对药柱的机械性能有较大影响,与含IPDI炸药相比,含HDI-trimer的炸药药柱的剪切强度在35 ℃增大50.27%,45 ℃增大34.30%,55 ℃增大44.83%;抗拉强度在35 ℃降低82.66%,45 ℃降低78.73%,55 ℃降低82.22%;抗压强度在35 ℃增大54.85%,45 ℃增大45.25%,55 ℃增大53.38%。HDI-trimer形成三维网状结构降低了药柱的抗拉强度。     

磺化聚醚醚酮对苯并噁嗪固化动力学的影响

采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)对苯并噁嗪(Ba)进行催化固化。通过非等温差示扫描量热仪研究SPEEK对Ba的催化固化反应影响。进一步采用Kissinger、Ozawa和Crane法对Ba/SPEEK体系的固化动力学参数进行了计算。结果表明,SPEEK可明显降低Ba的固化温度。升温速率为10℃/min,SPEEK用量为0.1%时,Ba的固化起始温度和固化峰值温度分别降低26.1℃和9.7℃。用量增加到0.5%后,催化固化效果趋于平缓。0.3%的SPEEK使Ba固化反应活化能降低12 k J/mol。     

基于树脂流动的变截面复合材料结构固化过程热-流-固多场强耦合数值仿真

在考虑树脂流动对固化温度场影响的基础上,将树脂流动引入经典热-化学模型,并在考虑了固化过程材料性能时变特性条件下,建立了复合材料热-流-固多场强耦合有限元模型。通过对比文献中未考虑树脂流动对温度场的影响,本文所建模型温度场较实际结果的最大温差更低,厚度密实精度更高,模型可靠性更好。基于所建热-流-固强耦合有限元模型,对变截面复合材料结构固化过程进行数值仿真。研究发现,变截面复合材料结构较厚区域存在明显温度场、固化度场及树脂流场分布梯度,纤维体积分数分布不均性较大,这与结构不同区域的厚度、固化过程温度传递滞后及局部树脂流动受固化效应不同步产生的影响有关。变截面复合材料结构厚度由3.52 mm增加至42.24 mm,截面最大温差由0.3℃增加到34.3℃,纤维体积分数分布不均匀性由0.1%增加到1.3%。     

LTM树脂及其复合材料的初步研究

报告一种研制的低温固化高温使用树脂体系Xufyg-44。用它成型复合材料层压制件时,固化温度低于70 ℃,最终固化产物的玻璃化转变温度高于200 ℃,浇注体力学性能以及复合材料制件在整个固化周期中的尺寸稳定性良好。     

用于CIRTM工艺的环氧树脂酚醛树脂的固化工艺研究

采用动态差示扫描量热(DSC)法,研究了用于CIRTM工艺的E-44/GA327(DDM改性芳胺)环氧体系和苯并噁嗪酚醛树脂的固化过程,以及升温速率对固化体系DSC曲线的影响,并采用最佳固化温度外推法确定了两种树脂的最佳共固化制度。结果表明,苯并噁嗪固化反应表观活化能Ea为70.35kJ/mol,表观指前因子A为1.27×107s-1,反应级数n为0.897;E-44/GA327体系固化反应表观活化能Ea为44.04kJ/mol,表观指前因子A为1.78×104s-1,反应级数n为0.884。两种树脂的最佳共固化制度为140℃/240min+180℃/240min,按所确定的共注射树脂的固化工艺制备了浇铸体,苯并噁嗪和E-44/GA327的固化度分别达到了96.7%和98.3%,固化物力学性能良好,验证了固化工艺的合理性。     

双马来酰亚胺工艺改性及性能

采用脂肪族双马来酰亚胺(HMDA-BMI)对4,4’-二苯甲烷型双马来酰亚胺(BDM)进行工艺改性,得到了一种低黏度、流动性好的基体树脂。当HMDA-BMI与BDM的摩尔比为1: 1时,黏度-温度曲线表明改性体系黏度可降低至0.50 Pa·s左右,低黏度平台的温度区间为85~175℃之间;黏度-时间曲线表明改性体系合适的充模温度为130~145℃,获得的改性基体树脂适合RTM成型工艺;通过DSC曲线确定了改性基体树脂固化工艺为160℃×2 h＋180℃×2 h＋200℃×2 h＋230℃×4 h;FTIR表明改性体系按照此工艺可以固化完全;DMA曲线和TG曲线分析结果表明改性体系的耐热性基本保持不变;共聚改性体系的拉伸强度和弯曲强度分别为80.1 MPa和116 MPa。      

固化条件对改性CE体系的固化和性能的影响

研究了不同固化条件对氰酸酯树脂（CE）/环氧树脂（EP）（60/40）体系和CE/EP/丁腈橡胶（A）（71/4/25）体系的固化反应以及CE/EP（60/40）和CE/EP/A（71/4/25）膜性能的影响。CE/EP和CE/EP/A体系固化程度随加热时间延长和温度升高而提高。CE/EP膜柔韧性差。随着加热温度升高,...     

高固体含量线性酚醛树脂的固化动力学

合成了高固体含量(>85%)的线性酚醛树脂,经凝胶渗透色谱/多角度激光光散射(SEC/MALLS)联用仪测定其数均分子量为1577,且分子量分布范围较窄,-Mw/-Mn仅为1.127。采用差示扫描量热(DSC)分析技术在50℃~300℃温度范围内,以不同的升温速率(2.5℃/min、5℃/min、7.5℃/min和10℃/min)研究了该酚醛树脂的固化反应过程。结果表明,该高固体含量线性酚醛树脂的凝胶化温度Tgel=110.61℃,固化温度Tcure=129.14℃,后处理温度Ttreat=146.96℃;根据Kissinger方程、Ozawa方程和Crane方程以及n级动力学模型确定该树脂的固化动力学方程为dα(t)/dt=2.09×1017(1-α)0.95exp(-2.10235×104/T)。     

MOCA/环氧树脂体系的固化行为

采用FT-IR、DSC等方法研究了亚甲基双邻氯苯胺(MOCA)/环氧树脂体系的固化行为,并对其固化动力学行为进行了研究。结果表明,体系固化行为与固化温度、固化时间及固化剂的用量有密切关系。其中固化剂的用量以MOCA质量分数在26%~33%为宜。当MOCA含量在28.6%时,最佳固化条件为:由最佳起始固化温度165℃左右缓慢升温到208℃左右恒温固化,最后在258℃左右恒温一段时间使树脂充分固化。其固化反应方程为:-dα/dt=k(1-α)1.15。