RTM工艺中树脂固化温度与介电性能

RTM为闭模成型工艺, 难以观察到模腔内树脂的充模与固化反应过程。利用介电分析仪对RTM工艺进行在线监测, 测得了树脂固化过程中不同模具温度下树脂反应的温度及离子导电率、 不同纤维含量条件下的介电常数以及不同纤维织物方式下的离子导电率。实验结果表明: 固化反应放热使复合材料局部温度升高, 并形成复杂的温度梯度分布; 在较高温度和较低纤维含量条件下, 离子导电率变化较快, 对树脂固化反应的影响较大; 不同织物方式的玻璃纤维对离子导电率也有一定的影响, 玻璃纤维复合毡比方格布影响大。      

RTM 工艺充模过程数值模拟及实验比较

树脂传递模塑(RTM ) 工艺越来越成为一种高效的先进纤维增强复合材料的制造方法, 其中RTM 的充模过程是一个很重要的步骤。本文对增强材料各向异性的二维RTM 充模过程进行数值模拟, 并把数值模拟结果和实验结果相比较。      

厚截面构件RTM注射工艺树脂流动过程模拟

针对厚截面构件的RTM工艺过程,研究了三维树脂流动问题。基于六面体单元,采用有限单元/控制体积方法,开发了三维树脂流动过程模拟程序HEXCV。与解析解比较验证了HEXCV程序的稳定性和可靠性。算例研究表明,HEXCV程序可为工艺过程设计提供有效的参考依据。      

RTM加工工艺充模过程的计算机模拟

RTM加工工艺是一种先进复合材料加工的方法。但这种加工工艺技术含量高,设计不当非常容易出次品,尤其注射口和溢料口的设计。因此相当多的科技工作者对RTM加工工艺进行了计算机模拟研究,并已得到很大的发展,其计算方法和实验手段已获得广泛认可。由于有限元控制体积法不需要对变界面进行网格的重新划分而获得广泛采用。但是在众多的文献中,绝大多数使用的是三角形有限元网格,对于更加有效的四边形有限元网格没有提及或仅仅一笔带过。本文作者比较详细地阐述三角形和四边形有限元控制体积法的使用和实施,通过例子分析了三角形单元、四边形单元及其混合使用的情况下的计算结果。分析表明,四边形单元计算精度高、速度快,与三角形混合使用情况良好。     

用于RTM工艺的改性氰酸酯树脂的研究

用环氧树脂改性氰酸酯树脂得到了可用于RTM工艺的树脂体系,借助于红外光谱（IR）、差示扫描量热（DSC）、热失重（TGA）等分析手段,研究了改性树脂体系的粘度特性、储存稳定性、反应性以及固化树脂的力学性能、耐热性、耐湿热性等。     

RTM多孔注射工艺树脂流动过程数值模拟

介绍了RTM工艺过程及特点,给出了树脂渗流控制方程。阐述了RTM工艺应用于大尺寸,高纤维含量构件时存在的主要问题。采用贴体坐标/有限差分法模拟了双孔注射情形下树脂渗流过程,给出了不同时刻树脂流动前沿曲线,计算网格及终止时刻压力场分布,确定了排气孔位置,计算结果与其它研究结果吻合良好。     

RTM工艺树脂流动过程数值模拟及实验比较

树脂充模是RTM工艺成型过程中的重要一环。研究了RTM工艺树脂流动过程的特点,建立了树脂渗流控制方程。采用贴体坐标/有限差分法模拟了树脂渗流过程,给出了不同时刻树脂流动前沿曲线及终止时刻压力场分布,计算结果与试验结果吻合良好。     

发射箱用RTM树脂体系工艺性与固化性能研究

目的研究环氧树脂体系的黏度及固化性能,为利用树脂传递模塑(RTM)工艺制造发射箱提供理论依据。方法采用旋转黏度计测试了E-51环氧树脂体系的动态黏度和静态黏度,用非等温DSC法和平板小刀法研究了树脂体系的固化行为。结果在60~80℃下70 min,树脂体系的黏度仍小于1000 m Pa·s,符合工艺要求,并推导出了固化温度参数分别为60,125,180℃,以及凝胶时间与温度的关系方程。结论温度区间60~80℃可作为发射箱RTM工艺的操作区间,建议固化工艺制度为60,90,125℃下分别加热固化3.5,2,1 h,后处理工艺为180℃下加热固化1 h。     

RTM聚酰亚胺树脂性能优化设计研究

综合考虑耐热性、流变性能、开放期以及树脂固化后的玻璃化转变温度等因素,对PETI聚酰亚胺树脂进行优化.研究分子量对优化体系的影响.结果表明:以苯乙炔苯酐(4-PEPA)为封端基,选择非对称的二酐(a-BPDA),引入3,4'-二苯醚二胺(3,4'-ODA)和4,4'-二苯醚二胺(4,4'-ODA)等比例合成出低粘度的树脂,当分子量为750g/mol时,该PE-TI聚酰亚胺树脂能满足RTM工艺要求,能够实现高温复合材料的低成本制造.     

BMI树脂化学流变模型及RTM工艺窗口预报研究

研究用于航空结构复合材料的RTM工艺专用双马来酰亚胺树脂(BMI)体系化学流变特性,并建立其双阿累尼乌斯流变模型。模型对树脂粘度的模拟结果与实验结果具有良好的一致性。所建立的粘度模型可有效模拟该树脂在不同工艺条件下的粘度行为,准确预报树脂体系的低粘度工艺窗口,为优化RTM工艺参数和保证产品质量提供必要的科学依据。      

RTM专用双马来酰亚胺树脂体系化学流变特性

进行了RTM 工艺专用双马来酰亚胺(BMI) 树脂体系的化学流变特性及工艺过程研究。采用DSC 热分析技术和粘度测量手段, 研究了该树脂体系固化特性以及固化过程中粘度与温度的关系, 根据对等温粘度曲线的分析, 建立了双阿累尼乌斯粘度模型和工程粘度模型。对比所建立的两种粘度模型, 结果显示两种模型都可以适用于RTM 工艺注射阶段, 工程模型在粘度转折点附近的预测精度要优于双阿累尼乌斯粘度方程。同时建立了恒温温度-凝胶时间之间的数学关系。验证了所建立的工程模型在工程中的实用性, 并指出了工程粘度模型的使用范围在固化体系交联结构形成之前, 所建立的工程粘度模型能够有效地预测体系RTM 工艺的粘度变化和工艺过程, 为复合材料成型工艺模拟分析以及工艺参数的准确制定奠定了基础。      

Numerical study of resin transfer molding (RTM) curing process

It is a very important phase in resin transfer molding (RTM) process that resin is cured. The result of the curing process determines the quality of a part, including mechanical properties, lifecycle of the part under high temperature and chemical properties. Therefore, it is very meaningful to discuss the curing process. In our work, the code is prepared based on unstructured mesh using divergence theorem. A case is used to verify properness of the code and the results are in good agreement with the published experiment data. In the paper, some factors of materials and numerical calculation, e.g., time step, reaction heat, the whole heat conductivity of fiber and resin and fiber initial temperature, which affect result of simulation, are emphatically investigated and carefully revealed. The conclusion shows that time step, the reaction heat and heat conductivity have an important effect on the curing process, while fiber initial temperature has very little impact. These are helpful to understand and adopt the curing process in order to produce good products.     

z向流动RTM工艺树脂的流动浸润行为

研究了层间“离位”附载多孔薄膜结构形式增韧层的大厚度纤维预成型体中等代流体（树脂）沿预成型体厚度方向（z向）的流动行为,通过压力传感器监测z向流动RTM（z-RTM）工艺注射过程中进、出胶口压力的变化规律,进一步反推树脂在层间“离位”增韧与非增韧预成型体中的宏观流动及微观浸润模式。结果表明,在 z-RTM工艺注射过程中,树脂在沿纤维束间z向快速流动的同时完成对纤维丝束内部的浸润。层间“离位”附载的增韧层虽延缓了树脂的宏观流动,但使流动前锋曲面更加平滑。层间“离位”增韧预成型体z向渗透率为3.5×10^-15m²,与非增韧预成型体的z向渗透率2.9×10^-14m²相比,降低约一个数量级。     

RTM快速成型环氧树脂时间-温度-转变图的构建及其碳纤维/环氧树脂复合材料评价

针对自行研制的树脂传递模塑工艺（RTM）快速成型环氧树脂,利用唯象动力学模型、DiBenedetto方程和凝胶模型研究了树脂体系的等温及非等温固化动力学,构建了时间-温度-转变（TTT）的关系图,表明树脂体系兼具较长的适用期与快速固化特性。以此设计RTM快速成型工艺,考察了树脂体系对碳纤维织物的浸润流动行为,并评价了快速成型碳纤维/环氧树脂复合材料的界面力学性能与微观形貌。结果表明,注射温度下树脂体系的浸润填充性良好,RTM快速成型碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能和内部成型质量较好。      

Cross-sectional monitoring of resin impregnation using an area-sensor array in an RTM process

It is difficult to visualize the flow in the cross-section direction, and most conventional methods for monitoring resin flow are limited to the in-plane direction. This study investigates the monitoring of the cross-section of resin impregnation using an area-sensor array during a resin transfer molding (RTM) process. The area-sensor array is mounted on a thin polyimide film that is integrated with the inter-digital electrode array and associated wiring, and forms the bottom layer of the stacked composite laminates. Each area-sensor is square-shaped and measures the capacitance and electrical resistance of the sensor region. First, we constructed the equivalent electrical circuit model of in-plane and out-of-plane impregnation. Using this model, we proposed a method to identify the flow direction and the ratio of the impregnation thickness by measuring the electrical capacitance and resistance. The validity of the model was confirmed by comparison with the experimental results. To demonstrate the applicability of the proposed method, the area-sensor array was applied to monitoring the resin injection through-thickness to the glass fabric laminates. As a result, the cross-section of the impregnated area could be estimated and the estimated area provided a good match to the actual impregnated area.     

非等温RTM工艺的数值模拟

现代RTM生产工艺填充速度快、固化周期短,是一个非等温的生产过程。通过分析RTM工艺过程,考虑了能量守恒和固化反应,运用控制体/有限元格式和迎风格式,对整个过程进行离散,建立了相应的方程组,并编写了相应的代码,进行了数值模拟。结果表明,在采用较少单元网格的情况下,模拟结果与相关文献的结果一致。     

复合材料螺旋桨RTM成型工艺研究

为开展复合材料螺旋桨成型工艺的研究,分析了不同成型工艺的特点,提出采用树脂传递模塑成型技术(RTM)制作螺旋桨模型,制订了模具制备方案、纤维剪裁和铺层实施方案以及RTM工艺流程,制作了螺旋桨模型,并提出了工艺改进方案,进而开展了螺旋桨模型的强度试验.强度试验结果显示:随着载荷的增加,各测点处的应变值均呈线性增长,当加载到8 k N时各测点应变均在弹性范围内,桨叶未发生破坏.研究表明:采用本文制定的模具制备方案,特别是针对桨叶纤维布剪裁、铺层的难题提出的适合复杂型线纤维布剪裁和铺层的实施方案,用于成型夹芯复合材料螺旋桨模型可以满足预期强度要求,验证了本文工艺的可行性.     

缝合预制件在RTM中的渗透性

用径向技术测量了缝合预制件的渗透率 , 研究了缝针型号、 缝合参数对渗透率的影响。实验结果表明渗透率随缝合密度和缝针直径的增加而增加 , 100号缝针且缝合密度低于 0. 66 pts/ m 时除外 ; 缝针和缝合线同时对渗透率起作用 , 缝针起促进作用 , 缝线起阻碍作用 , 与未缝合的织物相比 , 缝线的质量比仅占 0. 18 % , 渗透率增加 58. 6 %。用一维流动技术测量了缝合和未缝合预制件的横向渗透率 , 研究了铺层方向与缝合密度对横向渗透率的影响 , 实验表明横向渗透率随缝合密度增加而显著提高。      

一种RTM 用苯并噁嗪树脂的工艺性及其复合材料性能

制备了一种可用于树脂传递模塑( RTM) 工艺的高性能苯并噁嗪共混树脂体系( BA21) 。研究了BA21 的注射工艺性, 确定了其固化程序, 并考察了采用RTM 工艺制备的BA21 基复合材料的基本力学性能。升温及恒温黏度测试结果表明, BA21 树脂体系能够用于RTM 工艺。依据修正的双阿累尼乌斯方程建立了与实验数据较为吻合的化学流变模型, 利用该模型可以选择合适的注射温度。通过不同温度下的恒温DSC 测试及修正的Kamal 动力学模型计算得到BA21 树脂体系的固化反应级数, 并确定后固化温度为200 ℃。采用RTM 工艺制得的玻璃纤维/ BA21 复合材料表现出优异的力学性能, 弯曲强度达600 MPa , 弯曲模量达30 GPa , 冲击强度达210 kJ/ m2 。