光-热双固复合材料3D打印成型数值模拟及实验验证

光-热双固化碳纤维增强复合材料3D打印成型综合了增材制造零件高精度无模快速成型和热固化基质材料力学性能优良的优势,具有广阔的应用前景。针对光-热双固化复合材料制件变形带来的制件疲劳寿命降低以及连接装配损伤等问题,综合考虑光固化动力学、热固化动力学及固化变形建立了光-热双固复合材料成型的多物理场理论模型,研究了复合材料光-热双固3D打印成型过程中单层固化厚度、光-热双固数值材料组分及纤维含量和长径比对制件变形的影响,并通过实验验证了模型及理论分析结论的正确性。结果表明,增加单层固化厚度从而减少分层数可以降低制件固化后的应力应变和翘曲变形;光-热双固化树脂中光固化树脂分数增加会使制件的翘曲变形量增大;提高纤维体积分数和纤维长径比可以降低制件膨胀系数,从而降低制件的翘曲变形量。复合材料光-热双固化3D打印成型过程的多物理场建模计算方法可以为相关研究提供借鉴,基于该方法的研究结果对于优化工艺参数从而提升成型质量具有参考价值。     

树脂基复合材料固化过程中固化度场和温度场数值模拟

树脂基复合材料采用热压罐成形工艺,容易导致制件固化变形,影响制件的使用及后续装配连接。建立了树脂基复合材料在固化过程中的固化度场和温度场有限元模型,对固化过程中的固化度和温度变化规律进行了仿真分析,通过改变复合材料厚度研究了制件厚度对固化度和温度的影响规律。     

连续纤维增强复合材料变刚度结构3D打印与性能研究

连续纤维增强复合材料变刚度结构可以通过调控纤维含量和方向分布以最大化利用纤维的性能优势。然而现有制造工艺难以实现纤维含量的精确调控,基于连续纤维增强复合材料3D打印工艺,建立了工艺参数与纤维含量的映射关系,通过动态调控打印过程中纤维与树脂的进给比例,实现了连续纤维增强复合材料变刚度结构的一体化无模快速制造。系统研究了纤维含量变刚度分布对制件弯曲与冲击性能的影响,在相同平均纤维含量下,3D打印变刚度结构的抗弯模量与冲击强度分别比均质结构提高了70%和65%。通过建立3D打印连续纤维增强复合材料变刚度结构的本构及有限元分析模型对其失效行为进行了分析,结果表明将较高纤维含量设置在制件的背侧,可以增加制件对纤维拉伸破坏的抵抗能力,大大提高制件的承载能力和纤维的使用效率。研究为航天航空、轨道交通等领域复合材料的设计制造提供了新的思路。     

CF/PEEK复合材料自阻电热-原位膜混合加热固化方法

碳纤维增强聚醚醚酮树脂基(CF/PEEK)复合材料密度小、韧性强、疲劳强度高,且可循环使用,但PEEK树脂熔融温度高(>340℃)、熔融黏度大(>1000 Pa·s)、熔融-烧蚀工艺温度窗口小,零件固化难度大。提出一种CF/PEEK树脂基复合材料自阻电热-原位膜混合加热固化方法,结合有限元仿真,引入组合原位膜自适应地辅助加热制件。有限元仿真和实验研究结果证明了该方法的有效性：加热过程中相较纯自阻电热加热方法,制件温度均匀性提高了75%,结晶度提高了16.2%,实现了CF/PEEK树脂基复合材料的高效、均匀加热固化。     

炭/炭复合材料密封性能的研究

以聚丙稀腈基炭纤维针刺整体毡为预制体,用不同方法制备三种基体的炭／炭复合材料,采用树脂浸渍-固化或化学气相沉积工艺进行表面封孔处理后并对其组织和密封性能进行了研究。结果表明：炭／炭复合材料的静压泄漏与材料表面封孔方式、材料的密度以及密封介质的压力有关。封孔方式起主要作用,高密度炭／炭复合材料二次及以上的树脂浸渍-固化可以实现静压零泄漏;材料的密度高、密封介质压力小则静压泄漏小;而运转泄漏还与基体炭有关,基体为树脂炭的材料、表面封孔致密、密度高的材料端面泄漏小;5h运转试验后,化学气相沉积封孔处理树脂炭基体的炭／炭复合材料磨损量最大,为0．0025mm。     

树脂基复合材料的增强材料性能突显异军崛起

树脂基复合材料也称纤维增强塑料,是由以有机聚合物为基体的纤维增强材料,这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体经复合而成。是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。应用广泛的树脂基复合材料通常采用增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。     

固化方式和纤维表面处理对碳纤维-树脂界面化学组成的影响

对碳纤维进行低温等离子法表面处理,分别在室温和微波固化条件下将碳纤维与环氧树脂复合成型,制备出碳纤维复合材料.采用原子力显微镜、拉曼光谱对碳纤维表面形貌和微观结构进行表征,采用扫描电镜和能量散射光谱对碳纤维-树脂界面区形貌和元素分布进行表征.结果表明,碳纤维经处理后,表面无序结构比例增大,有利于提高纤维的微波吸收能力,使微波固化复合材料的界面结合比室温固化复合材料更牢固.经过表面处理的碳纤维与树脂形成良好的化学键合,S i元素在复合材料界面区发生偏聚.     

研究热固性树脂固化的动态扭振法──LHX-I型树脂固化仪在热固性树脂和树脂基复合材料固化研究中的应用

ＬＨＸ－Ｉ型树脂固化仪能快速定量跟踪热固性树脂和树脂基复合材料在实际成形中的固化过程，是确定热固性树脂、粘合剂、聚氨酯液态橡胶、树脂基复合材料和互穿网络聚合物的配方筛选，最佳固化工艺条件的选择以及生产质量控制和监测的有效工具，也为固化反应表观动力学的研究提供了又一个动态力学方法。     

研究热固性树脂固化的动态扭振法：——LHX—Ⅰ型树脂固化仪在热固性树脂和树

ＬＨＸ－Ⅰ型树脂固化仪能快速定量跟踪热固性树脂和树脂基复合材料在实际成形中的固化过程，是确定热固性树脂，粘合剂、聚氨酯液态橡胶、树脂基复合材料和互穿网络聚合物的配方筛选，最佳固化工艺条件的选择以及生产质量和监测的有效工具，也为固化反应表观动力学的研究提供了又一个动态力学方法。     

树脂固化温度与纤维铺设方式对C/E复合材料制孔质量的影响

在碳纤维树脂复合材料制备及加工过程中均较容易产生各种缺陷,并影响构件最终的加工质量及使用性能.为研究碳纤维树脂复合材料制备过程中产生的缺陷对制孔出口质量的影响,提出一种通过改变预浸料固化温度模拟材料制造缺陷的方法,并对不同温度固化和不同方式铺设的样件进行了模拟制孔试验,分析剩余刚度对材料内部缺陷扩展及制孔出口质量的影响...     

七、非热压罐成型技术在航空航天大型复合材料结构件中的应用取得重大突破

固化工艺作为树脂基复合材料构件最终成形必要的工序之一,对树脂基复合材料最终性能和其制造成本起着至关重要的作用。近几年,为克服热压罐固化工艺在成型复合材料构件时存在的能耗高、成形时间长、固化过程难以控制等工艺问题,以及复合材料构件大小受热压罐容积限制,且热压罐设备成本很高等设备问题,国外积极研发成本低廉、周期时间短的非热压罐固化成型工艺及装备技术。2014年,非热压罐固化成型技术在航空航天大型复合材料构件中的应用取得重大突破：非热压罐成型的直径5.5m运载火箭复合材料液氢贮箱成功通过性能测试;非热压罐成型技术首次用于飞机机身、机翼等主承力构件的批生产;开发出新型的自动铺带+非热压罐固化复合的工艺装备。     

树脂基复合材料发动机机架结构研究

采用树脂基复合材料,对发动机机架的结构进行了设计,对结构进行了材料工艺及静强度试验研究。在设计分析的基础上,对纤维和树脂基体的筛选、优化进行了研究,对复合材料的基本力学性能和疲劳老化性能进行了研究。最后对大部件复合材料固化成型的工艺参数进行了优化,开展了机架结构连接方式和相关接头加工技术可行性研究。本文对树脂基复合材料在航天主承力结构上的应用进行了初步的探索和研究。     

真空导入树脂模塑工艺对EKB1100/430LV复合材料纤维含量及力学性能的影响

通过真空导入树脂模塑工艺制备了EKB1100/430LV复合材料,研究了不同工艺参数对复合材料中玻璃纤维含量及力学性能的影响。结果表明:纤维含量随真空度的增大而增加,靠近树脂注入口区域的纤维含量较低,而真空抽口附近的纤维含量最高;复合材料的拉伸强度和压缩强度也随真空度的增大而增大;充模前对预成型体实施压缩可提高纤维含量;充模过程中溢流一定的树脂可提高弯曲强度和层间剪切强度。     

树脂基复合材料发动机机架结构研究

采用树脂基复合材料,对发动机执架的结构进行了设计,对结构进行了材料工艺及静强度试验研究.在设计分析的基础上,对纤维和树脂基体的筛选、优化进行了研究,对复合材料的基本力学性能和疲劳老化性能进行了研究.最后对大部件复合材料固化成型的工艺参数进行了优化,开展了机架结构连接方式和相关接头加工技术可行性研究.本文对树脂基复合材料在航天主承力结构上的应用进行了初步的探索和研究.     

金属基复合铸铝的切削加工

<正> 一、什么是金属基复合材料金属基复合材料(MMC_(s*))是复合材料家族中的一个重要成员,是正在开发着的一类新型结构材料。它是用高强度、高模量、耐热性好的纤维与金属、特别是轻金属复合而成。同树脂基复合材料(如玻璃钢等)相比,它既具有较高的耐热性(树脂基复合材料的耐热性一般低于300℃),同时还保留了金属的导电、导热等性能。另外由于材料组织中含有高性能的纤维,所     

考虑界面相的低温复合材料结构多尺度分析

纤维增强复合材料中纤维与树脂基体之间的过渡区域存在与二者性质不同的纤维/基体界面,如何合理地考虑界面相的介入是复合材料结构失效分析中的关键问题.基于纤维-基体-界面三相代表体元,发展了相应的微观失效准则、损伤退化模型和材料强度不确定性模型,建立了一种考虑界面相的多尺度有限元失效分析方法,实现了的热-机械载荷下的低温复合材料结构失效预测.并采用该方法对五种温度下三种典型复合材料层板进行失效分析,数值结果与试验结果相吻合,验证了该方法可以有效地对低温复合材料结构进行失效分析.     

尺寸对复合材料板固化过热温度影响的模拟研究

用数值模拟方法计算了碳纤维增强树脂基复合材料板件在热压罐固化工艺过程中的内部温度,选取40mm和60mm的复合材料板,研究了厚度一定时长、宽的变化对材料内部局部高温的影响。结果表明:厚度的增大会使固化过程材料中心温度的最大值增大;厚度一定时,在宽度与厚度尺寸相当情况下,整个固化过程中达到的最高温度相对较低,当宽度增大,最大温度也随之升高,在到达一个峰值后过热温度回落,当宽度远大于厚度时,宽度的增大将不再影响过热温度,过热温度将稳定在一个值。     

改性玄武岩纤维增强树脂基摩擦材料的摩擦磨损性能

以聚醋酸乙烯酯改性玄武岩纤维、环氧乳液改性玄武岩纤维、硅烷偶联剂(KH550)改性玄武岩纤维、玄武岩矿物纤维为增强纤维,采用热压成型法制备改性玄武岩纤维增强树脂基复合材料,研究不同改性玄武岩纤维对复合材料硬度、冲击强度和摩擦磨损性能的影响。采用SEM和EDS对摩擦表面、磨屑形貌进行显微分析和元素分析。研究结果表明:4种改性玄武岩纤维作为增强纤维制备的树脂基摩擦材料具有相近的力学性能;聚醋酸乙烯酯改性玄武岩纤维增强树脂基摩擦材料具有更好的抗热衰退性能和摩擦磨损性能,在制动过程中更有利于形成完整稳定的摩擦膜。     

连续碳纤维增强聚乳酸复合材料3D打印及回收再利用机理与性能

纤维增强树脂基复合材料具有轻质高强的优异特性,但传统成型工艺具有成本高、过程复杂、难以回收的缺点限制了复合材料的广泛应用,介绍了一种新的连续纤维增强热塑性复合材料3D工艺(CFRTPCs)及其回收再利用策略,建立成型过程与界面性能、力学性能的内在联系,打印连续碳纤维增强聚乳酸(CF/PLA)样件抗弯强度与模量分别达到390MPa与30.8GPa,实现了复合材料低成本一体化快速制造,其回收再利用过程无污染,材料利用率为75%,二次打印样件抗弯强度提高25%左右,实现了复合材料高效高性能绿色回收再利用,二者结合形成一种全生命周期复合材料应用模式。     

浅谈纤维增强复合材料切割技术

纤维增强复合材料性能取决于纤维类型、性能、纤维方向以及基体与纤维的相对体积。从微观上说,纤维增强复合材料是具有非均匀性、各向异性的力学结构材料。纤维增强复合材料因具有耐疲劳性能好、力学性能可优化设计、成型工艺性好等优点而广泛应用于兵器、航空航天及其他民用工业部门。各种纤维增强复合材料在用不同的成型工艺固化成型之后,为了满足实际使用要求,多数情况下均要进行切割修整加工,切割加工是其制造工艺中一个重要环节。本文在大量试验的基础上,将综述机械切割、激光切割、水(磨料)射流切割、电火花切割等加工方法特点,指出根据各种复合材料不同性能,合理地选用切割方法及切割工艺,具有重要的现实意义。