真空导入模塑工艺中织物预成型体的可压缩性

采用真空加载方法研究了循环加载、织物形态、纤维种类、织物层数、铺层方式和混杂方式等参数对真空导入模塑工艺(VIMP)中纤维织物预成型体压缩行为的影响。结果表明: 预成型体纤维体积分数随着压缩循环加载次数的增加而逐渐增大, 但增幅呈现逐渐减小的趋势; 在相同的压缩载荷下, 预成型体的纤维体积分数随着织物层数的增加而增大, 但增幅很小, 对于VIMP制备复合材料构件基本可以忽略; 纤维预成型体在压缩载荷下的响应方式与织物形态、纤维种类、铺层方式和混杂方式等因素密切相关, 单向铺层比正交铺层更容易压缩而获得较高的纤维体积分数, 夹芯混杂比层间混杂方式更容易压缩。      

真空导入模塑工艺纤维预成型体厚度变化和流体压力变化研究进展

纤维预成型体厚度控制问题是真空导入模塑工艺(Vacuum infusion molding process,VIMP)面临的主要挑战之一。综述了国内外关于纤维预成型体压实回弹特性和渗透率特性的研究进展,介绍了VIMP工艺在一维线性流动和二维径向流动时厚度变化的理论模型,分析了流体压力特性方程的求解、流体压力场的分布和流体压力对厚度的影响,指出了Correia推导过程中存在的问题并进行了修正,总结了厚度变化对VIMP工艺及复合材料制品的影响,并对VIMP工艺厚度变化的理论研究和工艺控制进行了展望。     

真空导入模塑工艺纤维预成型体弹性回复效应的实验研究

通过监测真空导入模塑工艺(Vacuum infusion molding process,VIMP)树脂面内渗流和面外(Z向)渗流时纤维预成型体的厚度和纤维体积分数变化,考察纤维预成型体的弹性回复效应规律,揭示弹性回复效应对复合材料力学性能的影响规律。结果表明,面内渗流时首先出现弹性滞后现象,随后在弹性回复效应作用下厚度迅速增大并出现一个峰值,然后进入再平衡过程,再平衡过程削弱了预成型体各处厚度的差异。面内渗流时注胶口处厚度增幅较大,真空口处厚度增幅较小,厚度的增加降低了纤维的体积分数。采用面内渗流注胶方式制备的层合板,在注胶口处其纵向拉伸强度和拉伸模量较小,在真空口处其值较大。Z向渗流弹性回复效应曲线出现滞后平台和滞后斜台,且弹性回复对厚度的影响较面内渗流时大得多。     

液体模塑成型工艺用纤维织物厚度方向饱和渗透率的预测模型液体模塑成型工艺用纤维织物厚度方向饱和渗透率的预测模型

树脂在复合材料预成型体厚度方向的渗透能力对复合材料液体模塑成型工艺（LCM）的成功实施至关重要。本文采用连续加载的方式,研究了玻璃纤维增强树脂基复合材料液体成型过程中多轴向无屈曲织物（NCF）和斜纹织物（WF）的压缩响应行为,并建立描述该行为的数学模型。采用自制测试装置对预成型体在重力等不同注射压力驱动下的厚度方向渗透率进行测试,考察了预成型体纤维体积分数、测试流体注射压力等对预成型体厚度方向渗透率K_z的影响。基于预成型体压缩响应数学模型和厚度方向渗透率与注射压力的关系,对Kozeny-Carman公式进行修正,提出了变注射压力条件下的厚度方向渗透率预测模型。结果表明:预成型体厚度方向渗透率随着纤维体积分数的增大而减小,与Kozeny-Carman方程结果相符合。当纤维体积分数为0.42≤V_f≤0.58时,注射压力对厚度方向渗透率影响较大,实验结果验证了本文提出的预测模型;当纤维体积分数V_f≥0.58时,注射压力对厚度方向渗透率影响较小,厚度方向渗透率趋于恒定。      

真空渗透成型工艺制件厚度变化规律

为了解决真空渗透成型(VIP) 工艺中凝胶时间与充摸时间难以匹配的问题, 通过对不同层数的VIP 制件厚度变化规律的研究, 得到了厚度与树脂流动距离和增强纤维层数之间的经验公式, 并验证了公式的可行性。分析了试验过程中存在的问题和样品出现的缺陷, 探讨了改进试验的方法, 以提高工程实际应用中成型工艺效率及最终产品质量。      

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。     

织物预成型体的可压缩性研究

研究了预定型织物在压实阶段的可压缩性,涉及压缩过程中纤维体积含量的变化特点.结果表明,预定型织物对压缩载荷的响应方式与织物层数及定型剂含量有关,织物层数的增加,相同载荷作用下易于获得较高的纤维体积含量;预定型处理降低了织物的可压缩性,随定型剂含量的增加,最终获得的纤维体积含量表现出下降的趋势;在实验施加的压缩载荷作用下,预定型织物的压实后纤维体积含量趋于一致,与压缩织物的层数关系不明显,但仍然受定型剂含量影响.     

真空辅助成型(VARI)用低黏度环氧树脂研究进展

综述了以环氧树脂为主的国内外真空辅助成型技术(VARI)用低黏度树脂基体的研发现状,以及双酚F及改性双酚F环氧树脂研究现状,分析了双酚F及改性双酚F环氧树脂应用于真空辅助成型技术(VARI)的潜力.     

热模压预成型工艺参数对复合材料帽型长桁质量的影响

本文采用热模压预成装置将碳纤维单向预浸料层板制备成帽型结构长桁预成型体,通过对不同工艺条件下制备的帽型长桁预成型体的表观质量、厚度和纤维偏转角度进行检测,考察和分析了成型温度和速度对预成型体质量的影响规律。当成型温度较低时,由于树脂的黏度较高,预浸料层间摩擦力较大。预成型体表面出现褶皱现象,并且纤维由于受到层间剪切的作用而出现角度偏转。当成型温度较高时,树脂受到压力作用更易流动。这不仅降低了预成型体的厚度,同时也减弱了树脂束缚纤维的能力,使纤维偏转角度增加。而当成型速度增加时,预浸料层间的摩擦力使纤维的偏转角度增大。因此在预成型过程中,为了提高预成型质量,工艺温度和成型速度应控制在一定范围内。      

织物预成型体厚度方向渗透特性研究

以达西定律为基础,研究了不同类型织物的织物层数、定型剂质量分数以及铺层角度对织物预成型体厚度方向上渗透性能的影响.实验结果表明,在一定的定型剂质量分数下,测试流体在垂直方向上的流动基本为稳态流动,大体受Darcy定律控制.随着织物层数的增加,流体流速减小,预成型体厚度方向渗透率逐渐增加.随定型剂质量分数的增加,厚度方向渗透率表现出先增大而后又减小的趋势,而且织物的铺层角度对预成型织物厚度方向渗透率也具有较大影响.     

真空压力下树脂沿织物铺层厚度渗透速率

为了考察树脂膜熔渗(RFI)工艺过程中树脂在高温条件下沿织物铺层厚度方向的不饱和渗透特性, 应用自行设计的测试系统, 考察了液体沿织物铺层厚度方向流动前锋的影响因素, 测试并分析了液体沿玻璃纤维铺层厚度方向渗透速率的主要影响因素及其变化规律。结果表明, 液体沿纤维织物厚度方向流动为宏观上的一维流动。 真空压力增大、 树脂温度升高、 纤维体积分数减小, 均可使液体的渗透速率加快。另外, 对比发现, 70℃ E-51 环氧树脂沿玻璃纤维铺层厚度方向的渗透特性与室温下硅油的渗透特性基本相当。      

Effect of rapid curing process on the properties of carbon fiber/epoxy composite fabricated using vacuum assisted resin infusion molding

Long processing cycle makes vacuum assisted resin infusion molding (VARIM) only suitable for low and medium volumes of production, and shortening of curing time is critical to improving the processing efficiency of automotive composite parts. In this paper, unidirectional carbon fiber reinforced composite laminates were fabricated by VARIM. Three different processes (namely quick, quick-post and preheating) were employed, in which a kind of rapid curing epoxy resin is used. The preheating of mold and fiber was conducted to shorten the filling time compared with that of quick process. Quick-post process with a post cure stage was investigated to verify the composite properties fabricated by quick process. The cycle time was 16 min for preheating process, about 30% shorter than that of quick process, simultaneously, flexural strength and interlaminar shear strength (ILSS) were respectively improved by 29% and 7% compared with those of quick process. The non-uniformity of mechanical properties at different positions along resin flow direction under preheating process was found, but the processing quality of composite was good. The preheating process is confirmed to be suitable for the improvement of processing efficiency of VARIM with good mechanical properties. In addition, the composite fabricated by quick-post process has better mechanical properties, which is attributed to the alleviation of residual stress during post curing process.     

真空导入模塑工艺树脂体系化学流变特性及流变模型

采用DSC热分析技术和黏度实验方法,研究了真空导入模塑工艺专用不饱和聚酯树脂体系(Palatal1777-G-4)的固化特性和化学流变特性,建立和对比了树脂体系的修正双阿累尼乌斯流变模型和工程黏度模型,并依据所建立的流变模型预报 Palatal1777-G-4树脂体系的真空导入模塑工艺操作窗口。对比结果表明：修正双阿累尼乌斯流变模型和工程黏度模型分别能较好地反映树脂体系凝胶点前的低黏度平台特性和凝胶点后的黏度变化规律,结合两模型可有效模拟树脂体系在不同工艺条件下的黏度行为,准确预报树脂体系的低黏度平台工艺窗口,为优化真空导入模塑工艺参数和保证制品质量提供科学依据。模型预测结果表明,Palatal1777-G-4 树脂体系在20～38℃温度范围内满足真空导入模塑工艺操作的基本要求,黏度低于300 mPa·s的工艺操作时间长于30 min。     

Experimental validation of post-filling flow in vacuum assisted resin transfer molding processes

In Liquid Composite Molding (LCM) processes with compliant tool, such as Vacuum Assisted Resin Transfer Molding Process (VARTM), resin flow continues even after the inlet is closed due to the preform deformation and pressure gradient developed during infusion. The resin flow and thickness changes continue until the resin pressure becomes uniform or the resin gels. This post-filling behavior is important as it will determine the final thickness and fiber volume fraction distribution in the cured composite. In this paper, a previously proposed one dimensional coupled flow and deformation process model has been compared with the experimental data in which the resin pressure and part thickness at various locations during the post-filling stage is recorded. Two different post-infusion scenarios are examined in order to determine their impact on the final part fiber volume fraction and thickness. The effects of different venting arrangements are demonstrated. The model predictions compare favorably with the experimental data, with the minor discrepancies arising due to the variability of material properties.     

导流介质对真空导入模塑工艺树脂流动行为的影响

采用可视化流动实验方法研究了高渗透率导流介质对真空导入模塑工艺中树脂流动行为的影响。结果表明: 导流介质能较大幅度地减少树脂的充模流动时间, 且充模时间随着导流介质使用比例的增加而呈线性减少的关系; 导流介质的提速作用随着预成型体厚度的增加而逐渐减弱; 预成型体上下表面树脂流动前沿位置差距与预成型体厚度呈良好的线性增加关系, 说明导流介质的影响作用具有明显的厚度效应。厚度效应原理为真空导入模塑工艺过程的参数优化和保证制品质量提供了理论依据。      

三维夹芯层连织物复合材料真空辅助成型工艺影响因素

三维夹芯层连织物复合材料是由纤维连续织造呈空芯结构的织物作为增强体制备而成的新型轻质复合材料, 本文中以三维夹芯层连织物复合材料为研究对象, 发展了适用于酚醛树脂的真空辅助成型工艺方法, 重点考察了影响复合材料制造质量的关键因素。结果表明, 芯柱高度对织物的抗压缩能力与厚度回复率影响显著, 热处理有利于织物的厚度回复; 注射过程中, 树脂沿织物平面纬向渗透速率大于经向, 使用高渗透率介质层、 降低树脂黏度有助于提高树脂在层连织物中的分布均匀性。      

树脂膜熔渗工艺充模过程的模拟与分析

树脂膜熔渗工艺(RFI)是一种新型的复合材料成型工艺.为了更深入了解树脂膜熔渗工艺过程中充模阶段的控制参数对制品质量的影响,避免制品出现空斑、充模不完全等问题,针对该工艺过程中树脂在复杂形状预制件中的流动行为进行了分析,在达西定律基础上建立了二维等温流动控制方程,利用有限元/控制体方法建立了数值分析模型,编制了FORTRAN程序进行模拟运算,并讨论了流动过程中施加的压力对充模时间的影响.由计算实例可见,所编制程序能够很好地预测树脂膜熔渗工艺过程中充模时间、各个时刻树脂的流动前沿位置及模腔中的压力分布.