复合材料热压罐的研制

复合材料热压罐的研制王金秀董秀琴金京华郎业方（北京航空材料研究院）热压罐是复合材料成型的关键设备，近年来，随着复合材料专业的发展和应用领域的拓宽，复合材料制件向着高精度、大尺寸的方向发展，这就对成型设备提出了更高的要求。为了满足军民品应用领域的迫切要...     

采用薄膜传感器的树脂基复合材料热压罐工艺密实压力测试方法

针对树脂基复合材料层板热压罐成型工艺,采用薄膜压力传感器建立了密实压力在线测试系统,用于监测成型过程中复合材料所受密实压力的大小和分布。研究了密实压力测试系统在热压罐工艺条件下的适用性,在此基础上以该系统为测试手段,研究了热压罐工艺下L形碳纤维/环氧树脂复合材料层板的密实压力变化规律及模具形式的影响。结果表明: 所建立的密实压力测试系统具有较高的准确性和动态响应性,能够测试高温条件及曲面位置的密实压力,满足复合材料热压罐成型过程中密实压力的在线测试要求; L形复合材料层板成型过程中拐角区与平板区的密实压力随热压罐压力增大而增加,但增加速度和最终大小不同,阳模成型时拐角区密实压力高于平板区,阴模成型时拐角区密实压力小于平板区和外加压力,表明曲面结构与平板结构的密实行为具有差异性。     

复合材料构件热压罐成型工艺质量的群子理论分析

基于热压罐成型复合材料构件的无损检测数据, 利用群子统计理论分析了复合材料构件结构形式与成型质量的关联性, 建立了分层面积的群子模型, 获得了反映分层面积倾向性的群子参数, 对热压罐成型复合材料构件的工艺质量进行了评价。结果表明, 在所统计的航空复合材料构件中, 构件的分层面积分布以小分层为主, 构形复杂（如工形件）、过薄（1~2 mm）或过厚（>5 mm）的复合材料构件产生大分层的倾向性增大, 同时分层面积分布的分散性也增大, 成型质量不易控制。      

固化温度对亚麻纤维及其增强复合材料力学性能的影响

研究热压成型过程中,不同固化温度对亚麻纤维及其增强复合材料力学性能的影响。结果表明:亚麻纤维在120,140℃和180℃分别处理2h后单纤维拉伸性能发生不同程度的下降。环氧树脂E-51在120,140℃和180℃下固化2h后拉伸性能未发生明显变化。基于环氧树脂的单向亚麻纱线增强复合材料分别在120℃和140℃固化成型时,拉伸强度和冲击强度变化不大。但当固化温度达到180℃时,由于亚麻纤维在高温环境下损伤较为严重,其增强复合材料的拉伸强度和冲击强度均发生明显的下降。然而复合材料的拉伸模量随着成型温度的升高有一定幅度的提升。     

SiC颗粒强韧MoSi2复合材料

采用湿法混合及热压成型法制成不同体积百分比（１０、２０、３０ｖｏｌ％）的ＳｉＣｐ／ＭｏＳｉ２复合材料。运用维氏压痕法对这些材料进行室温断裂韧性（Ｋ１ｃ）的估算；测试了室温和高温（１２００℃）的三点弯曲强度。实验结果表明，复合材料的力学性能都比ＭｏＳｉ２基材有较大的提高。     

航空发动机用聚酰亚胺树脂基复合材料固化工艺及热稳定性能EI北大核心CSCD

针对航空发动机的需求,开展聚酰亚胺树脂基结构复合材料固化工艺与热稳定性评价研究。建立EC-380A树脂的固化动力学方程,模拟树脂固化度随温度和时间的变化。进一步结合树脂流变特性,制定并验证EC-380A复合材料固化成型工艺,制备发动机大尺寸复合材料典型件。通过热老化失重、预置缺陷层合板内部质量和力学性能,评价复合材料的热稳定性。采用330-380℃多温度分级固化的方法,复合材料可整体铺贴无缺陷热压成型。复合材料热稳定性优异,具备370-400℃耐温能力,370℃和285℃累计热老化1000 h,复合材料失重在1.3%左右;400℃热老化后,复合材料无新增缺陷、预置缺陷无扩展,表现出高温结构稳定性。     

光纤布拉格光栅监测CF3052/5224复合材料成型过程研究

温度与应变是监测复合材料热压罐固化成型工艺两个最重要的表征参数,利用光纤布拉格光栅传感原理,采用毛细钢管封装的方法,制备了完全屏蔽应变信号的温度传感器,将温度传感器和应变传感器同时埋植在复合材料内部,实现了对热压罐成型全过程的实时监测,获得了复合材料成型过程中的内部温度和应变信息.对复合材料平板件和T型加筋板三角填充区域进行的温度监测结果表明,复合材料内部温度变化较罐内温度有一定滞后,传统成型工艺控制给出的加压点偏早,可能引起复合材料贫胶等缺陷.应变监测结果表明,平板件内部的应变变化主要反应树脂固化过程中的物理化学变化,在T型加筋板三角填充区域,应变监测在自然冷却阶段出现了不同于平板件的应变"回弹"现象,一定程度上反映出该区域在成型过程中容易出现缺陷的原因.     

改生双马来酰亚胺/T300复合材料研究EI

报导自行研制的改性双马来酰亚胺为基体树脂，Ｔ３００为增强材料的复合材料成型工艺，选用双马来酰亚胺／二胺摩尔比为１．５：１、１．３：１两种树脂制作的复合材料为研究对象，以层间剪切强度（ＩＬＳＳ）作为衡量材料性能的指标，重点研究了材料成型过程中温度隔对其影响，同时测定了复合材料在１５０℃及２００℃高温条件下的ＩＬＳＳ值，得到有意义的结论。     

改性双马来酰亚胺/T300复合材料研究Ⅱ.成型工艺对改性双马来酰亚胺/T300复合材料ILSS的影响

报导用自行研制的改性双马来酰亚胺为基体树脂，Ｔ３００为增强材料的复合材料成型工艺，选用双马来酰亚胺／二胺摩尔比为１．５∶１、１．３∶１两种树脂制作的复合材料为研究对象，以层间剪切强度（ＩＬＳＳ）作为衡量材料性能的指标，重点研究了材料成型过程中温度间隔对其影响，同时测定了复合材料在１５０℃及２００℃高温条件下的ＩＬＳＳ值，得到有意义的结论     

基于图像处理的碳纤维增强树脂基复合材料固化压力-缺陷-力学性能建模与评估

利用热压罐成型工艺制备了不同固化压力条件下的碳纤维增强树脂基复合材料层合板,分析了超声相控阵C扫描图像与微观缺陷的对应关系,研究了固化压力、孔隙缺陷及力学性能之间的关联规律。结果表明：利用超声C扫描图像差异能够表征孔隙等缺陷含量,在本实验条件下,固化压力由0 MPa提高到0.6 MPa,复合材料孔隙率降低96.7%,拉伸强度（TS）和层间剪切强度（ILSS）分别提高56.1%和68.8%。在此基础上,对不同固化压力条件下制备的复合材料层合板的超声相控阵C扫描图像进行图像处理并定义成型质量指数,实现了基于C扫描图像对孔隙缺陷的定量表征。最后,通过对孔隙缺陷检测、力学性能测试及图像定量化评价结果进行数学拟合,建立了基于图像处理的固化压力-缺陷-力学性能之间的数学关联模型（CPDMP模型）,并给出了成型质量指数阈值为81%,及可接受的孔隙率应不高于1.1%,相应的固化压力应不低于0.35 MPa。     

自动铺放工艺制备罐外固化复合材料的力学行为

针对碳纤维增强树脂基复合材料IM7/CYCOM5230-1罐外固化预浸料,研究了自动铺放（AFP）罐外固化（OOA）预浸料的制备过程并优化了铺放工艺参数,采用热分析手段研究了CYCOM5230-1树脂固化动力学及黏度特性,在此基础上开发了一种短时固化工艺,并评价了基于此工艺制备的OOA复合材料力学性能。结果表明,AFP铺放过程中预浸料间缝隙会影响OOA复合材料的成型质量,采用铺放压力为180 N、加热温度为50℃、铺放速率为0.20 m/s的铺放参数,可获得表面平整、成型质量优异的复合材料样件。热分析结果表明,罐外固化CYCOM5230-1树脂室温黏度大,满足OOA工艺中真空压实排气需求。短时固化工艺可达到与典型固化工艺相同水平固化度,提升了固化效率,且制备的复合材料可以达到59%的纤维体积分数及低于0.5%的孔隙率,其力学性能与典型固化工艺制备的复合材料相当,并且能够达到热压罐复合材料的水平。     

模具对柱面复合材料构件固化变形影响的有限元分析

针对复合材料构件固化变形问题, 分析了复合材料热压罐成型固化过程的多场耦合关系, 考虑模具的作用, 建立了柱面复合材料构件固化过程的有限元分析模型。基于此模型, 研究了模具材料、 模具厚度和模具形式对柱面复合材料构件固化变形的影响。结果表明: 模具对柱面件固化变形的影响较大, 模具材料与构件材料热膨胀系数(CTE)不匹配程度影响构件回弹角的大小; 模具的厚度不同, 导致构件的不同回弹角; 采用阴模时, 构件回弹角小于阳模的, 且回弹方向相反。     

玻璃布增强双马型聚酰亚胺航空工装模具材料的扩大试验研究

以二苯甲烷双马来酰亚胺为基础，经共聚改性合成了一种可在中温（１３０℃）固化的双马型聚酰亚胺树脂基体，研究了基体树脂的固化行为和热稳定性。用此树脂制得的预浸料有较好的铺层工艺性和流动性，由ＤＳＣ分析表明可在１３０℃固化成型，经高温后固化的玻璃布增强的航空工装模具材料常态弯曲强度为４９９ＭＰａ，１８０℃热态弯曲强度为３４６ａ。可满足航空用复合材料构件高温成型工装模具的工艺和使用要求。     

双马来酰亚胺基体树脂研究双马来酰亚胺/烷基取代双马来酰亚胺/二乙烯苯体系

本文报导一种工艺性能较好的耐高温双马来酰亚胺(BMI)树脂体系。它由二种BMI的共混物与二乙烯苯预聚而成。这种树脂具有低的熔点(63～67℃),良好的溶液性,可用丙酮作溶剂制造预浸料。复合材料的成型温度为180℃,可用普通热压罐成型。成型的复合材料试件经230℃后处理具有高的耐热性:在250℃的强度保持率>60%。     

航空结构用增韧复合材料的研究与开发

先进复合材料国防科技重点实验室在拥有自主知识产权的"离位"增韧新概念基础上,成功开发了兼具优异工艺性和高抗冲击损伤性的航空级"离位"增韧的热压罐固化复合材料体系和液态成型(RTM及RFI等)复合材料体系.这些增韧的材料体系包括高性能的环氧树脂体系和双马来酰亚胺体系的复合材料.经试验验证,"离位"增韧可在显著提高复合材料层问韧性、冲击损伤阻抗和容限的同时,保持材料原有优异的成型工艺性和湿热性能.     

干纤维自动铺放-液体成型技术进展研究

相较于传统预浸料预制体需要热压罐固化,干纤维自动铺放结合液体成型技术可以实现非热压罐制造复合材料,从而降低制造成本、缩短制造周期。本研究针对干纤维自动铺放-液体成型技术,从干纤维铺放材料、干纤维自动铺放设备以及干纤维自动铺放工艺技术进展三个方面进行概述,并对其未来在船舶领域的应用进行展望。     

高能球磨粉末冶金制备工艺对15%SiCp/2009Al复合材料性能的影响

采用高能球磨粉末冶金法制备了15%SiC_p/2009Al复合材料,研究了球磨转速、球磨时间、加热抽真空工艺、热压成型以及热挤压比对复合材料力学性能的影响。结果表明,球磨转速和时间、热压成型工艺是影响复合材料力学性能的重要因素。较长时间高转速球磨使SiC颗粒均匀分布,高温真空热压改善粉末之间的结合是获得高性能复合材料的关键。转速190 r/min、球磨6 h制备的复合粉末经高温真空热压、挤压后的复合材料SiC颗粒均匀分布,材料的抗拉强度高达650 MPa,延伸率大于5%。      

基于黏弹性本构模型的热固性树脂基复合材料固化变形数值仿真模型

针对热固性树脂基复合材料热压罐成型工艺过程,采用广义Maxwell(麦克斯韦)黏弹性本构模型建立了残余应力和固化变形的三维模型。模型考虑了复合材料固化过程中的热-化学效应、材料的热胀冷缩效应、基体树脂黏弹性效应以及材料的各向异性。通过与文献中实验结果的比较,证明了所建立的模型具有较高的可靠性。对复合材料C型制件的固化过程进行了数值模拟和实验对比,比对结果表明该数值模型具有较高的准确性。     

VARI工艺成型纤维增强树脂复合材料层合板厚度和纤维体积分数的影响因素

分析了影响真空辅助成型技术（VARI）工艺成型复合材料的纤维体积分数和厚度均匀性的关键因素,即VARI成型工艺的树脂流动控制形式、纤维预制体状态、织物状态、树脂黏度,通过试验分析了各因素对VARI成型复合材料厚度和纤维体积分数的影响。试验结果表明,采用HFVI（high fiber-volume vacuum infusion）工艺、BA9914树脂及真空处理后的U3160单向机织物成型的纤维增强树脂复合材料层合板,其纤维体积分数和厚度均匀性能够接近预浸料/热压罐成型的复合材料制件的水平。     

模压工艺对玻璃纤维增强聚丙烯复合材料层合板力学性能的影响

利用热模压工艺制备玻璃纤维增强聚丙烯（GF/PP）复合材料层合板,通过差示扫描量热（DSC）法试验分析,确定相变参数,运用ANSYS有限元分析,将复合材料热力学参数与温度的非线性关系定义到材料特性中,研究模压成型过程中温度场变化情况,为模压成型工艺制度的确立提供理论指导和依据。以压缩强度、层间剪切强度和冲击韧性作为力学性能评价指标,采用响应曲面法探讨和分析制备工艺对GF/PP复合材料层合板力学性能的影响,得到最优模压工艺制备参数,获得最高复合材料层合板力学性能,为GF/PP复合材料自动铺放奠定铺放工艺基础。试验结果表明:模压加热工艺参数对复合材料层合板力学性能的影响度（从大到小）依次为:热压温度、热压时间、热压压力。较优的模压加热工艺参数为:热压温度228℃、热压时间6 min、热压压力1.1 MPa,在此工艺条件下制备的GF/PP复合材料层合板,层间剪切强度为31.12 MPa,压缩强度为100.96 MPa,冲击韧性为2.27 kJ/cm2。